新生突变（De novo mutation，DNM）是导致先天性疾病的重要来源。多项研究表明，与年龄相关的DNM积累可能导致子代不良健康效应。但这一假设并未在单一前瞻性队列的基因组和纵向随访数据中得到直接验证。同时，随着辅助生殖技术（ART）应用的日益增多，有研究表明ART可能与子代的DNM负荷改变有关。但ART包含多种临床操作，因此尚不清楚DNM变化是否源于自然过程的绕过。因此，阐明以上因素如何影响DNM，以及由此产生的突变变化是否会对子代健康产生影响，显得尤为必要。
近日，南京医科大学胡志斌教授、沈洪兵院士和王铖教授团队合作在Nature Medicine发表文章“Large-scale whole-genome sequencing reveals the landscape and health implications of de novo mutations”，利用江苏出生队列（JBC）的全基因组测序（WGS）数据，系统分析了父母年龄和ART对DNM的影响，以及ART使用与子代出生或发育结局之间的关联。研究绘制了迄今全球最大规模的人群出生队列DNM图谱，发现父系和母系表现出不同的突变模式，其中母系DNM积累在高龄阶段加速；父系新生单核苷酸变异（dnSNV）的增加部分解释了父母高龄与妊娠期缩短之间的关联；ART显示出与年龄无关、但受操作方式影响的效应，体外胚胎操作与早期受精后嵌合突变（EPZM）的增加有关，特别是与1岁龄神经认知发育迟缓相关的C > A替换。
研究团队对来自7,851个家庭的8,328名活产婴儿（包括自然受孕（NC）和ART受孕）的24,030份样本进行了WGS分析，测序深度达30倍。研究共鉴定出390,924个高质量常染色体dnSNV和28,032个新生插入缺失（dnIndel）。其中，共有42,811例（39,330个dnSNV和3,481个dnIndel）被归类为EPZM，其余376,145个DNM中，39.18%确定了亲本来源（29.79%为父系DNM，9.39%为母系DNM）。
分析显示，母系dnSNV在非CpG位点表现出C > T转换的富集现象，父系dnSNV则在CpG位点显示出T > G、C > A、C > G和C > T替换的富集，与此前研究一致（图1b）。父系与母系dnSNVs之间有不同突变谱：母系dnSNVs显著富集于GTC > GAC和GTT > GAT，父系dnSNVs则更倾向于获得ATG > AAG（图1c）。相比之下，EPZM则显示出T > A和C > A替换的富集，以及T > C替换的减少（图1b）。
绝大多数dnSNVs为非编码区变异，其中63.97%位于基因邻近区域，35.69%位于基因间区，仅有0.34%为功能性编码变异。dnSNV临床相关性和致病性评估显示，仅有三个dnSNV被归类为致病或可能致病（P/LP），另有三个dnSNVs被归类为高置信度的P/LP。
图1.研究流程及DNM图谱。
研究人员分析7,374例单胎妊娠受孕时的父母年龄后，发现父系年龄效应强于母系年龄效应（图2a）。父亲年龄每增加1岁，其携带的父系DNMs数量即增加1.06个，包含1.00个dnSNVs和0.058个dnIndels；相比之下，母亲年龄每增加1岁，其携带的母系DNMs数量增加0.38个，包括0.36个dnSNVs和0.017个dnIndels。进一步分析发现，在所有突变类型中均可观察到父本年龄效应，而母体年龄与C > T转换在CpG位点之间未呈现统计学关联（图2b）。受父母年龄影响最显著的两种突变类型为非CpG位点上的T > C和C > T替换。纳入双胎妊娠数据后，上述结果仍保持一致。
年龄效应分析发现，在控制父系年龄后，在28.92-31.81岁年龄段附近，母系年龄效应呈现加速趋势，31.81岁以上母亲的约为28.92岁以下母亲的1.52倍（0.42对比0.28）。当母亲年龄超过约31.8岁时，母系突变的积累速度会明显加快，两个显著富集的突变背景分别为T(C > G)T和T(C > G)A（图2c-d）。
图2.父母受孕时的年龄对DNMs的影响
同时，研究团队探究了ART与标准化DNM数量之间的关联。分析发现，通过ART受孕的单胎婴儿携带的DNM数量较自然受孕（NC）婴儿多2.48个。具体而言，通过ART受孕的单胎婴儿所携带的dnSNV数量较NC婴儿多2.38个，包含0.74个父系dnSNVs、0.62个母系dnSNVs以及1.02个EPZMs，表明42.86%的ART相关dnSNVs发生于早期胚胎发育阶段（图3a）。突变类型分析显示，ART相关的效应存在于所有EPZM突变类型中，亲本来源的dnSNV表现出更为特异的模式。即使对亲本携带者状态进行调整后，观察到的ART相关效应也未发生实质性变化。
进一步对ART各项操作与亲本dnSNV的关联分析发现，在配子阶段接受ART与亲本来源的dnSNV增加相关，ART显示出与年龄无关、但受操作方式影响的效应。与dnSNV负荷存在关联的ART操作包括：使用促性腺激素释放激素拮抗剂（GnRH-ant）、触发策略、冷冻胚胎移植、囊胚期移植以及胞浆内精子注射（ICSI）。通过拟合的多变量回归模型，发现ICSI与父系dnSNVs升高相关，GnRH拮抗剂的使用与母系dnSNVs增加相关（图3b）。纳入NC组婴儿时，ICSI受孕的婴儿表现出显著高于NC组的dnSNVs水平，表明ICSI技术在很大程度上解释了ART受孕婴儿中观察到的父系DNM过多现象（图3c）。
图3.ART流程与种系dnSNVs间的关联
研究团队还评估了父母dnSNV对与年龄相关及ART相关的后代健康结局的影响（图4）。数据显示，父母平均年龄、ICSI相关父系dnSNV均与早产和低出生体重风险增加有关，这部分解释了ICSI与较短妊娠期和低出生体重间的关联。分析发现，EPZM数量与胚胎移植周期及移植阶段特异性正相关。与新鲜卵裂期胚胎移植相比，冷冻囊胚期胚胎移植可使EPZMs增加0.81个。当纳入NC组时，无论是移植周期还是移植阶段，均与高于NC组的EPZM负荷相关。冷冻囊胚期胚胎移植比NC组婴儿增加了1.23个EPZM。以上结果表明，ART期间的早期胚胎操作与EPZM水平升高相关。
图4.亲本来源的dnSNVs与子代健康之间的关联性
突变类型特异性分析表明，仅C > A EPZMs在囊胚期胚胎移植中表现出与结果的显著相关性。囊胚期移植中C > A EPZMs的比例显著高于卵裂期移植及自然受孕，卵裂期移植的该比例与自然受孕相近。进一步评估C > A EPZMs与神经发育迟缓之间的关联发现，每增加一个C > A EPZM ，均与1岁龄神经认知发育迟缓的风险升高14%相关。
该研究基于大型前瞻性出生队列研究的WGS数据，阐明了生物衰老与ART如何调控DNM并影响子代健康。研究发现，ART可促进DNM积累，且这一效应独立于受孕时的父母年龄；同时，研究还识别出阶段特异性关联：ICSI、卵巢刺激和胚胎培养分别与父系、母系及EPZM相关。其中胚胎培养相关的EPZM与神经认知发育延迟有关。该研究发现为理解DNMs的起源及其后果提供了新的视角，也凸显了优化ART操作流程以减轻其所致突变及发育不良后果的重要性。
原文信息：
Qin, N., Dai, J., Jiang, Y.et al. Large-scale whole-genome sequencing reveals the landscape and health implications of de novo mutations. Nat Med (2026). https://doi.org/10.1038/s41591-026-04585-2
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