基于微阵列芯片的比较基因组杂交技术在产前诊断中的应用

基于微阵列芯片的比较基因组杂交技术在产前诊断中的应用 基于微阵列芯片的比较基因组杂交技术在产前诊断中 的应用 ? 虫垡塑亡型苤查生旦筮堡鲞筮塑垦地』坐鱼:坠型::堡:塑: .综述. 基于微阵列芯片的比较基因组杂交技术 在产前诊断中的应用 戚庆炜 刘俊涛边旭明 张亮 染色体异常包括数目异常和结构异常,后者包括染色体 年人类基因组计划完成后,结合临床染色体分析的需 以 片段的缺失、重复和易位。为区别于基因的突变,将 要,产生了一种新的染 色体分析技术??染色体微阵列分析 上的染色体变异称为基因拷贝数变异 ,技术,基本克服了以 ,?。研究发现,染色体的微缺失和微重复是 上染色体分析技术的缺陷,正在 稳步地走向临床应用。 先天性畸形、生长发育迟缓、复发性流产及其他遗传综合征 二、技术 的主要原因。而原因不明的出生缺陷与染色体或基因的异 技术又被称为“分 子核型分析”,能够在全基因组 常息息相关,往往是新的染色体显性突变、染色体微缺失和 水平上进行扫描, 可检出 的。 或微重复、其他染色体结构异常所致旧?。对这部分染色 根据芯片平台及其所检测出的类型的不同, 体异常的诊断和产前诊断是临床实践中的热点和难点。近 技术可被分为两大类:单核苷酸多态性微阵列 年来,迅速发展起来的基于微阵列芯片的比较基因组杂交 , 和技术。。 ?,技术能 后者需要将待测样本与对照样本进行对比后获 够很好地解决这个问题。本文对这一技术在产前诊断中的 得诊断,而前者则 只需要待测样本与一整套对照资料 应用进行综述。 进行对比即可获得诊断。通过技术能够很好地检出 一、常用的染色体分析技术 ,而微阵列的优势在于除了能够检出以外,还 目前,显带染色体核型分析仍然是产前细胞遗传学诊 能够检测出大多数的单亲源双体 ,并且 断的“金标准”,但其细胞培养耗时长,往往要经过数周的时 可以检测到低 水平的嵌合体?。目前国外有些公司还生产 间才能获得诊断;且通过常规的分带技术只能检出 出两者结合的芯片,同时具有和芯片 以上的异常,即使采用高分辨条带水平的分带 的特点。 技术,也只能检出~ 大小的异常。荧光原位杂交 目前,在临床上常用的微阵列分析技术主要是技,技术的引入提高了 术。根据芯片设计的不同还可以将分成两大类,即所 诊断的精确度,尤其是间期细胞的检测可以快速检出 谓的“靶向阵列 芯片”和“全基因组阵列 胎儿、、号染色体及性染色体有无数目异常;但芯片”。靶向阵列芯片是指针对已知 是项靶位点限制性技术,无法对整个基因组进行筛查,且 的某一种或某一类特定疾病的基因组区域,设计高密度的探 需要有遗传学专家对出生缺陷的病因进行初步判断。基于 针覆盖整个区域,检测与这些疾病相关的微缺失或微重复改 毛细管电泳检测的荧光定量 变。靶向阵列芯片的优势是能够检测已知的遗传综合征的 ,.或多重连接探针扩增 ? 染色体异常,对待测区域内的非整倍体、微缺失和微重复的,技术无需进行细胞培 检测率很高,对疾病的表型和远期预后的遗传咨询更加明 养,分析周期短,但只能针对一定数目的片段进行分析,? 确,而且,检测到临床意义不明的的可能性较小,但其 分析的目标片段一般少于个;最多可分析 缺点是对待测区域以外的则无法检出,而这些很 个目标片段,且基于引物或探针的特异性,若遇到检 可能是导致某些先天性异常的病因。全基因组阵列芯片的 测区域出现影响扩增或探针杂交的序列多态性,可能 设计包含了全基因组范围的基因片段,远多于靶向阵列芯 出现漏检。 片。相对于靶向阵列而言,全基因组阵列芯片的优势是能够 可见,以上染色体分析技术都存在局限性;传统方法耗 在全基因组范围检测到,但同时检测到临床意义不明 时、分辨率低,而分子水平的方法又不能做到全局分析。在 的的可能性也大大增加??。对的解释在临床上 比较困难,发现时需要同时对患者父母的标本进行检 测,以辨别是由父母遗传而来遗传性还是新生 :./...?... 作者单位:中国医学科学院北京协和医院妇产科戚庆 的 。遗传性相对较为 常见,且在多数病 炜、刘俊涛、边旭明;北京博尔诚医学检验所张亮 例中为良性多态性改变,而新生则更可能是导致先天 通信作者:刘俊涛,:?. 性异常或发育迟缓的原因。随着人们对全基因组阵列芯片 万方数据生垡坦芒型苤查生旦箜鲞箜塑也』坐鱼:堕业::塑:盟: 使用经验的积累,以及对于健康和患病个体数据库的 智力低下、发育迟缓、 多种体征畸形及自闭症的先证者的流 不断完善,临床意义不明的数量将会逐渐减少,而全基 程见图。 因组阵列芯片在临床实践中会更加有用。 四、技术在产前诊断中的应用 应用于临床检测的芯片上的探针需要多少条比 目前,技术已广泛应用于遗 传性疾病的临床诊 较合适理论上,可以设计到检测 的片段 断,由于该技术可在基因组水平上检出 的染色体微 变异的密度,但探针密度的设计要考虑到与临床应用时费用 缺失或微重复性不平衡重组’,因此,最近该技术已应用 之间的平衡。按照篇整合了多个中心、针对例智力 于产前诊断领域’。?,其优势包括:能够得到全基因组规 低下患者检测结果的报道,.%以上的致病性的染 模的数据、不需要进行羊水或绒毛细胞培养、自动化操作、快 色体缺失均 “,若按照判读的方法,连续 速得到结果,且可用于死亡胎儿或流产组织染色体异常的病 条以上的探针出现同样的变化趋势,则分辨率在 的芯 因诊断。?。目前,该技术已在欧美、日本、韩国、中国香港等 片就可以检测出致病性的染色体变异,按照人类的基因组大 国家和地区的产前诊断及新生儿诊断中得到了应用。 小,芯片上有万条探针即可检出致病性染色体变异。 等?采用技术对例常规产前细胞遗 三、技术在有临床症状先证者的染色体疾病诊断 传学诊断且结果正常的病例进行分析,仍能发现.%的染 中的应用 色体异常,而对例不满个月的新生儿的分析,发现有 年月,国际细胞基因组芯片标准协作组 .%存在致病性的,这些带有致病性的 新生儿中只有%表现出体征畸形。因此建议,把用于更大范围的产前诊断,以提高染色体异常的检出率,从而减少缺 在总结了 例有临床表征,包括智力低下、发育迟缓、 多种体征畸形及自闭症的先证者研究的基础上,发现 陷儿的出生。 等旧?对经超声心动图检查诊断为先天性心脏病 检测出致病性的染色体变异区段为.%,比传统的显 带核型分析提高了%,相当于技术比传统的显 的例胎儿进行分析,对通过羊水细胞核型分析以及针对 带核型分析提高了倍的阳性检出率,因此,推荐将 综合征染色体区域探针检测均为阴性的样本 技术作为未知原因的发育迟缓、智力低下、多种体征 采用技术进行分析,发现个胎儿有明显的染色体致 畸形及自闭症的首选检测方法?“。建议的检测 病性变异,还有个胎儿有尚不明确致病性的染色体变异。 不能解释原因的发育迟缓、智力低下、多种体征畸形、自闭症 若发现明确的致 若没有发现致病性 病性片段 可确诊为致病性的染色 相关的变异片段 判断为染色 首先用芯 体变异片段 体正常 片进行分析 发现了不能确认是否导致 患者进行验证,包括、显带核型、、 从其他方面检测,包括 临床致病性的片段 也等方法; 脆性染色体分析、 为了确认是遗传还是新发,以及评估再次生育时 单基因突变分析 致病的风险,父母的标本用或者显带核 以及其他分子检测项目 型进行分析 需要对患者父母的标本进行分析 可以用、、、 扎等方法 变异为新发的 变异为遗传的 变异为新发的 变异为遗传的 父母有临床 父母无临床 再次生育 父母无临床 父母无临床 再次生育 父母无临床 父母有临床 患儿的 症状,有 症状,平 症状,平 症状,有 患儿的 症状,有 症状。有 风险低 不平衡变 衡易位携 衡易位携 不平衡变 风险低 不平衡变 不平衡变 异 带者 带者 异 异 异 属于家族性非 再次生育患儿 致病的多态 的风险高 性片段 注::基于微阵列芯片的比较基因组杂交;:荧光原位杂交;?:荧光定量;:多重 连接探针扩增 图 国际细胞基因组芯片标准协作组推荐技术作为有临床症状的先证者的检 测流程 万方数据史堡坦芒叠苤查垫至爿箜塑鲞箜塑垦垫堕燮堡型:坚垫::塑:盟: 等。 对超声测量颈部透明层 , 数据临床意义阐述指南的更新内容,更好地 为受检者 增厚但核型正常的例胎儿进行分析,发现有 提供遗传咨询。 例存在大小在.~. 之间的,其中有例 六、技术在产前诊断中的定位 近年来,技术在产前诊断领域中的应用越来越广 .%经或?技术检测证实为有临床意义的 致病性的。在例增厚且伴随其他畸形的胎儿 泛。等。 对技术在产前诊断中应用的个研 中,例%存在致病性的。在例增厚但不伴 究进行荟萃分析,发现与传统染色体核型分析相比, 有其他畸形的胎儿中,也有例.%存在致病性的 技术可以多检出.%的染色体异常。 。因此认为,在厚度. 且染色体核型分析正 等。 。对例采用技术进行产前诊断的 常的病例中采用技术可以检出更多有临床意义的。 病例进行了总结,该研究是迄今为止采用技术进行产 从以上文献可以看出,与传统的染色体分析方法相比, 前诊断检测病例数最大的研究,目的是为了证明在产前诊断 中对于出现的各种各样的临床症状相比于核型分析,芯片检 将应用于产前诊断领域中可以对更多的出生缺陷进 行明确诊断。 测是否更有效。作者对年月至年月间收集 五、技术应用于产前诊断中存在的问题 到的羊水、绒毛、脐血或流产组织等标本进行细胞遗传学诊 技术的局限性之一在于其无法检出染色体平衡 断,芯片的类型从开始针对染色体上特定的靶向区域芯片到 性重排,因为理论上在这种情况下不存在染色体拷贝数的改 后来的全基因组芯片,在排除了可能的干扰病例之后,全部 变;该技术的另一个局限性在于无法检出多倍体,因为多倍 有临床意义结果的检出率是.%,但若是超声检查发现异 体是全部染色体的额外拷贝数增加,因此在同一个样品中染 常,则芯片的检出率可以达到.%;所有胎儿死亡的案例 色体之间不存在拷贝数的失衡。 中,有临床意义结果的检出率更高达.%。在胎儿死亡或 技术能够检出大量良性和临床意义不明的, 死胎的案例中,芯片分析与核型分析比起来被认为是更好地 这会使孕妇及其家属产生不必要的焦虑,甚至会导致错误终 选择,因为能直接从这些难以生长的标本中提取而不 止妊娠。技术的出现使人们发现在人类基因组 需要培养。.%的高龄产妇通过芯片检测发现有异常,而 中比预想的要常见得多。”“。可在公共数据库中检索 核型分析检测不出。在除外有家族史和胎儿死亡这两类病 到,如基因组变异数据库 ,网址 例之后,有临床意义的的检出率是.%,高于核型分 析的检出率。所有被鉴定为异常的病例中有%是 为://../,这些数据库信息对于 解释结果很有用。并非所有新生的均有临床意 且通过传统细胞遗传学分析未被鉴定出。另外,通过 义,而遗传性通常被认为是良性的,尤其是已知其在人 芯片检测出? 的异常病例中有%曾报道过有正常 群中具有多态性的时候。判读一段染色体变异是否有临床 核型结果;而在例核型正常的案例中,按照芯片检测结果 意义,往往要考虑以下几个方面:在正常人群中该片段 的提示,发现有例其实是异常的。作者认为,芯片分析已 是否有多态性;是否已经有文献报道同样区域的染 被证明是检出胎儿染色体变异的重要方法。尽管芯片对染 色体变异引发临床症状的病例;该片段是新发还是遗 色体变异的检出率在不同的人群中有所变化,但总体看,在 传;若是遗传的,父母是否有临床症状;若片段是新发 剔除了常规核型分析也能发现的染色体异常及有染色体疾 的,该片段上是否包含具有功能的基因,特别是人类孟德尔 病史的人群后,芯片对于有临床意义的染色体变异的检出率 遗传在线 数据库中已经 仍高达.%,这种检出率针对需要进行侵入性检测的孕妇 报道过的致病性基因。关于如何解读数据与临床意 是十分重要的,因为侵入性产前诊断的目的就是要鉴别出造 义的关系,国际上已有若干文献整理了针对性的操作 成胎儿异常的染色体变异。因此提出,应将技术作为 指南‘。 诊断胎儿染色体异常的一线检测方法。 在向孕妇提供产前检测的时候,应为其提供检测 上述结果确实令人鼓舞,但 技术是否能够取代现 前后的遗传咨询。检测前的咨询应提及存在的上述 有的常规染色体核型分析技术目前尚无定论。如欲将芯片 局限性,强调不能检测完全平衡的染色体重排以及点 技术作为产前诊断的首选检测方法,应考虑同时进行核型分 突变。强调有些疾病是由基因拷贝数改变引起的,有些则是 析,以避免漏诊芯片难以鉴定的平衡性染色体重排。同时, 由点突变引起的,后者的相应部位的拷贝数并没有改变,但 了解家族的遗传路线,对于下一代的妊娠和家族其他成员的 这并不能排除胎儿患病的可能性。而对的结果进行 遗传分析是必要的。美国妇产科医师协会 遗传咨询也很困难,一方面由于对大量新生的具体临 对目前技术在产前 床意义尚不明确,很难向孕妇夫妇解释清楚,另一方面,所获 诊断领域中的应用提出了相关建议四:常规核型分析在 得的过多信息也会使孕妇夫妇无所适从。遗传咨询的具体 目前仍然是产前诊断中主要的细胞遗传学检测工具; 困难是技术在产前诊断领域中应用存在的一个实际 和遗传咨询可用于产前超声检查异常但核型分析正 问题,也是限制技术在产前诊断领域中应用的一个重 常者,以及胎儿有先天性异常但胎死宫内无法进行常规染色 要原因。需要遗传咨询人员经常跟踪、学习国际上针对 体核型分析者;选择 检测的孕妇在检查前后均需 万方数据生堡妲芒型盘查至旦箍塑鲞箜塑 也』燮堡:塑::堡:盟: . ? 『 , , , 要接受遗传咨询,需要对的结果进行解释和遗传咨 ? 询。孕妇及其家属应理解并不能检出所有的遗传性 ,, . 疾病,且其检测结果可能很难解释。 :. , , , . 综上所述,对于未知原因的发育迟缓、智力低下、多种体 . 征畸形及自闭症,技术是首选的检测方法,但该项技 ,,:. 术在产前诊断领域中是否可作为一线检测方法目前尚不明 ., ,? , . 确。已经有大量文献证明,技术与常规染色体核型分 ,,:. 析技术相比,可以明显提高对染色体异常的检出率,尤其是 ., , , 对于产前超声检查异常和胎死宫内的病例,其应用价值更加 . ,,:. 显著,但仍需要更多的研究以阐明其可行性和局限性,且如 ., , , 何对孕妇及其家属解释结果并进行相应的遗传咨询,也是临 :床工作中不容忽视的重要环节。因此,如果要将技术 . ,,:?. . , , , 常规应用于产前诊断的临床实践中,不仅要解决技术上的难题,而且还要解 决遗传咨询的实际问题,相比于技术问题而. ,,:?. 言,遗传咨询才是该项技术在产前诊断应用中真正的难点和 , , , .重 点。 , ,,:?. 参考文献 , , . , ? ., , , ?. ,,:? ,,:. . . . , , , . , ,, . .,,:. ,,:. . ,. , , , . ,,:. . . ,,:. . ,,:?. . , , ,。 .『..,:. , , ,. 耐 『 . ? . ,,: . ,, ?. :. . 『 , , . ,? , , 『 :, ..:?. . . ? . . , : 。:?. . ,,:. . 『 , , , . 『 , , ,: ; . ,,:. . ,, . 『 . , , :. , , .:, . ?. , ,:. .:?, , , , . , , , . : ? ,,:. . ,,:? . .?, , , . .: . : :. ,, .,:?. .】 . : 『 , , ,? 收稿日期:??本文编辑:沈平虎 ..,:. 万方数据