用“芯”看遗传 | 检测染色体异常，核型分析与CMA孰优孰劣？

2023-02-13 13:14:12, ABI 赛默飞世尔科技生命科学产品

前

言

几十年来，核型分析已成为产前检查的标准诊断方法。作为一种可以追溯到20世纪60年代末的方法，它早已成为一种大家熟悉的、成熟的方法。然而，随着医学技术变得越来越复杂，传统核型分析技术的弱点也越来越明显，局限性也越来越大，比如分辨率较低，判读的主观性等。因此在临床工作中，医生迫切需要使用其他的技术方案来弥补核型分析技术的种种缺陷，比如当下最常用的染色体微阵列分析（CMA）技术。

核型分析技术的局限性

传统的核型分析技术利用G显带的原理，将Giemsa染色应用于分离的染色体，以突出高腺嘌呤-胸腺嘧啶结合的区域，从而产生不同的显带图案，进而揭示整条染色体或染色体片段是否存在丢失、重复、易位或其他异常。几十年来，核型分析技术帮助临床医生诊断了大量由染色体异常引起的疾病。然而，核型分析技术的局限性也越来越明显：

核型分析的分辨率有限，仅5-10Mb的水平，这就意味着它不能检测小于5Mb的异常。并且G显带的结果只能在特定的细胞周期才具有可读性，依赖于完整的染色体和良好的染色体形态。

核型分析需要得到足够量的细胞并计数，往往需要进行细胞培养，延长了检测时间，而且细胞在培养之后并不一定能完全反映细胞培养前的真实情况。比如嵌合体的细胞，细胞培养前后的嵌合比例很可能会有所变化。

核型分析的判读需要熟练的细胞遗传学分析人员，细胞计数的过程非常的繁琐并增加了判读的主观性。当核型分析的结果影响胎儿的命运时，数周的等待可能会让胎儿父母非常的焦虑甚至无法接受。

染色体微阵列分析技术的优势

CMA技术解决或克服了核型分析技术的诸多缺陷。CMA技术诞生于中后期的人类基因组计划，通过一次试验就可以检测成千上万种不同的基因组变异。主要优势是：

CMA的分辨率比较高，通过使用高密度且明确的探针，CMA可以检测低至20Kb的基因组变异，分辨率比核型分析高几个数量级，从而发现基因组非常微小缺失重复导致的疾病（图1）。

▲ 图1. 核型分析技术分析技术的分辨率

(A) 传统核型分析技术5-10 Mb的分辨率，可检测基因组变异。(B) CMA 20-500 kb的分辨率，可检测染色体更小的缺失和重复

进行CMA研究不需要活的或处于特定细胞周期的细胞，故无需进行细胞培养，可以直接取原始样本检测，而且对样本量要求也不高。

CMA的分析软件界面友好，操作简便，具有统一的质控和判定标准，判读更客观。

作为一种特殊类型的CMA，SNP array除了可以检测CNV，还可以检测一些特殊的染色体异常，包括中性拷贝数的杂合性缺失(cnLOH)/染色体纯合性区域（ROH）、单亲二倍体 (UPD)、长片段连续延伸纯合子(LCSH)、三倍体和四倍体等多倍体，嵌合体，基因组污染等(图2)。（感兴趣的老师可以参看赛默飞ABI遗传分析第六期用“芯”看遗传的文章真实案例）

▲ 图2. SNP array的强大功能

结语

CMA技术可以认为是一种分子水平的核型分析技术，分辨率可以达到几十kb，为G显带核型分析技术提供了有力的补充，并且CMA（SNP array）能够发现近几年兴起的CNVseq无法检测的UPD、ROH、多倍体等染色体异常，是临床染色体异常检测的“金标准”，具有无可取代的地位。事实上，包括美国妇产科学院(ACOG)、美国医学遗传学学院(ACMG )、母胎医学学会(SMFM)在内的许多学会都建议将CMA技术在产前和产后的特定领域作为一线检测手段^【1-4】。

尽管CMA技术对于许多类型的染色体异常提供了与核型分析技术相似或改进的性能，尤其对染色体的检出分辨率有了质的提升，但是CMA技术还不能轻易地检测染色体平衡易位。因此，CMA技术与染色体核型分析技术仍然会长期并存，而且每一种技术都有它存在的合理性及特性，临床医生可以根据实际情况合理地选择相应的技术。

参考文献：

1. Hay SB et al. (2018) ACOG and SMFM guidelines for prenatal diagnosis: Is karyotyping really sufficient? Prenat Diagn 38(3):184–189.

2. South ST et al. (2013) ACMG standards and guidelines for constitutional cytogenomic microarray analysis, including postnatal and prenatal applications: Revision 2013. Genet Med 15:901–909.

3. Miller DT et al. (2010) Consensus statement: Chromosomal microarray is a first-tier clinical diagnostic test for individuals with developmental disabilities or congenital anomalies. Am J Hum Genet 86:749–764.

4. American Academy of Neurology. Evidence report: Genetic and metabolic testing in children with global developmental delay. https://www.aan.com/Guidelines/home/ GuidelineDetail/487

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