【基因组学】比较基因组杂交技术 aCGH 之技术解码

拷贝数变异（CNV）：一类染色体亚显微水平的结构变异，即染色体的某些区域或基因片段发生了重复或缺失。

CNV 作为疾病的一项生物学标志，染色体水平的缺失、扩增等变化一直是临床医学研究的热点。CNV 与许多复杂疾病的发生，如癌症、遗传病和精神分裂症等，都具有一定的相关性。据报道大约 15% 的遗传疾病是由于这些亚显微的染色体结构异常导致的，寻找染色体异常是帮助确定疾病或综合征遗传原因的关键因素。

染色体异常包括染色体数目和结构的异常，最常见的染色体数目异常是非整倍体，也有可能会多出一套或数套染色体。染体色结构的畸变，如缺失、重复、易位和其它重排同样也会发生。

染色体结构异常的检测

通常利用染色体核型分析技术来检测染色体的结构异常，但其中小的微缺失或微重复只能通过染色体微阵列芯片技术、荧光原位杂交（FISH）或其它特殊手段来检测。

• 染色体核型分析

  人类染色体经特定染色处理后可呈现一系列深浅交替的带纹，每个染色体都有特定的带纹，如果染色体结构发生了变异那么带型也会发生相应变化。因此，染色体核型分析可用于确定非整倍体和大片段结构异常。不过这种方法的实验操作繁琐，分辨率低，难以提供染色体变异位点的精确定位。

• 荧光原位杂交（FISH）

  通常采用带有荧光素标记并与待检测的目标序列互补的寡聚核苷酸探针与变性后的染色体按照碱基互补配对原则进行杂交，在荧光显微镜下观察荧光信号，从而判断目标核酸的拷贝数并定位。FISH 检测虽然精确度较高但需要事先确定检测位点信息，不能覆盖全基因组。

• 微阵列比较基因组杂交技术（aCGH）

  一种全基因组范围内高分辨的筛查染色体微缺失和微重复异常的技术。安捷伦 aCGH 技术利用全基因范围内覆盖有大约 6 万-100 万条 60 mer 长度的探针的高密度基因芯片，通过比较基因组杂交的方式准确检测拷贝数的变化，拷贝数信息形象化地反映或大或小的染色体畸变，包括微缺失和微重复等极小的 DNA  片段变化。

微阵列比较基因组杂交技术（aCGH）

aCGH 技术流程：

aCGH 技术流程简单直接（图1），采用 Cy3 和 Cy5 两种荧光染料分别标记实验样本和对照样本，通过简单可靠的荧光强度比值以提供最直接的基因组比较信息。安捷伦提供处理 aCGH 实验所需的所有试剂及设备，包括定制与目录芯片、标记试剂盒、杂交与清洗溶液、杂交炉、一流的 SureScan 微阵列扫描仪，及用于结果解析的简单易用的软件等。

图 1. 安捷伦 CGH 芯片技术操作流程

aCGH 技术的优势：

aCGH 技术具有极佳的分辨率和灵敏度，能够帮助研究者在全基因组水平上精确检测与疾病相关的染色体拷贝数变化。有效解决了上面提到的两种技术的局限性问题，可以确定传统核型分析无法检测到的染色体亚显微结构异常，同时解决了 FISH 无法在全基因组范围检测的问题，大大加速了人类对基因组 DNA 结构变异在疾病中意义的理解。研究者可以快速扫描整个基因组中的不平衡，以大规模并行方式扫描基因组的不平衡性。

染色体微阵列芯片之种类

除安捷伦 CGH 微阵列芯片技术外，相类似的有 BAC（细菌人工染色体）芯片、基于 SNP 的芯片等其它芯片技术。

• BAC 芯片

  同为比较基因组杂交芯片，其探针是 150-200 kb 的基因组 DNA，不过受制于细菌人工染色体文库，其分辨率、均一性受到影响，目前基本已被其它种类芯片替代。

• SNP 芯片

  检测时疾病样本单独杂交在一块芯片上，再与数据库里的参照样本进行比较，是单色芯片；同时探针设计受 SNP 位点分布的局限，一些区域无法设计探针或探针无法均一分布。不过其优点是 SNP 探针的密度高，可以检测小的 LOH。

• 安捷伦的 CGH 芯片

  采用 60 mer 长的探针，具有更高的特异性，相比采用短探针的 SNP 芯片，对同一区域的检测只需使用极少探针即可获得精确的结果。

安捷伦 aCGH 技术的优点

安捷伦 CGH 芯片是真正双色芯片，疾病和参照样本用不同荧光素标记后杂交到同一块芯片上，由于样品与参照 DNA 可以直接对比，因此安捷伦双色 CGH 芯片可提供与单色芯片截然不同的高质量拷贝数数据。aCGH 技术是真正的样本和对照的双色杂交，提取 DNA 后即可开始，无需预扩增样品，比起单色 SNP 芯片的样本与数据库杂交而言，结果重复性更高，不容易污染，数据质量更可靠。另外 aCGH 的探针可以在整个基因组范围内灵活选取，不像 SNP 芯片的探针局限在外显子和其他目标区域。得益于安捷伦双色寡核苷酸微阵列芯片卓越的技术我们可以得到绝佳的数据质量，从而得以检测非整倍体与更小的畸变（安捷伦 aCGH 技术可以实现业界最高的 CNV 检测分辨率），广泛适用于产前诊断技术、儿科遗传病筛查技术和胚胎植入前非整倍体筛查技术等临床研究，可检测全基因组的三倍体性与不平衡的四倍体性，对异质癌症样品及体质性疾病样品可分析至最低 8% 的嵌合型并可以报告癌症样品中的克隆比例。相比其他微阵列方法处理样品所需的时间更短。相比染色体核型分析、FISH 或 BAC CGH 等传统技术，这项技术可以大大提高研究数据的覆盖率与分辨率（表1）。

表 1. CGH 芯片提高研究数据的覆盖率与分辨率

aCGH 技术的应用

2012 年的《新英格兰医学杂志》指出，在产前诊断过程中使用染色体芯片分析比传统核型分析可以提高异常胎儿的检出率。2016 年美国妇产科医师学会和美国母胎医学学会的妇产科医师临床指南中建议，患者在超声检测时发现胎儿结构畸形，需要用 CVS 或羊水穿刺来进行染色体微阵列芯片检测。美国医学遗传学会、加拿大医学遗传学会和国际细胞遗传标准化联合会都推荐染色体芯片分析技术作为不明原因智力低下、发育迟缓、自闭症和多发畸形的首选检测方法。更多关于 aCGH 技术的应用尽请关注下一期“【基因组学】比较基因组杂交技术 aCGH 之应用大观”

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