染色体微阵列分析在产前诊断中的潜力和挑战

前言

        几十年来，传统的核型分析一直是产前诊断中检测染色体异常的金标准。随着分子细胞遗传学方法的发展，这种情况发生了巨大的改变。染色体微阵列分析（CMA）是一种高分辨率的全基因组检测方法，已被推荐作为产前诊断的一级检测方法，特别是对有结构异常的胎儿。

2022年在Front Genet上发表的一篇文章“Potentials and challenges of chromosomal microarray analysis in prenatal diagnosis”，对CMA在产前诊断中的应用进行了更新总结，并讨论了CMA随着基因组测序技术的出现而面临的挑战。

01.染色体检测技术的发展趋势

        核型分析可以检测染色体数目异常、相对较大的结构异常(分辨率约5-10Mb)、平衡或不平衡易位以及倒位。

然而，它也有局限性：需要培养细胞周期长；需要熟练的技术人员进行分析；无法检测亚显微染色体异常……

随着CMA的引入，CNV的全基因组检测已成为可能。CMA可以高分辨率地识别CNVs。在产前诊断中应用的微阵列平台主要有两种：比较基因组杂交（aCGH）阵列和单核苷酸多态性（SNP）阵列。

图1.aCGH芯片的实验过程

图2.SNParray芯片的实验过程

图1和图2引自参考文献2

02.微阵列芯片在产前诊断中的应用

        而在产前环境中，与传统的核型分析相比，CMA具有多重优势，也是结构异常胎儿产前评估的首选推荐方法。

CMA优势

        可以检检测50-100kb的CNVs，无需细胞培养，周期短。

CMA诊断率

        与核型相比检出率高，仅靠核型分析会漏掉很多临床相关染色体变异；还可以检测出普通妊娠中染色体异常，一些与发育迟缓/智力障碍相关的亚显微CNV可能会被产前超声遗漏。

CMA的局限性

        无法检测易位和倒位；对于VUS的变异无法有效评估潜在致病性；很难检测到低水平的嵌合体。

03.CMA面临的危机和挑战

        目前，基因组测序对CMA在产前环境中的地位提出了挑战，如拷贝数变异测序（CNV-seq）、全基因组游离DNA检测（cfDNA）和全外显子组测序（WES）已经在产前诊断中发展起来(表1)

表1.产前诊断/筛查方法总结

拷贝数变异测序

        CNV-seq是一种基于NGS的低深度的全基因组测序，可以检测CNV，且价格相对较低。最近有人提出了CNV-seq等同于或优于常规CMA的想法，但目前的情况还不足以证明这一观点：CNV-seq的局限性在于重复性较差（因为读长短、测序深度低），并且对于UPD和ROH的检测还有一定的困难。UPD病例可以通过使用带有SNP探针的CMA技术检测。目前，对于结构异常的胎儿，以及与印记基因相关的无创产前检测呈阳性的女性，最好使用CMA（含有SNP探针）而不是其他方法。

全基因组cfDNA检测

        在过去的十年中，无创产前检测（NIPT）是对胎儿三体的有效检测。最近，扩大NIPT覆盖整个基因组，称为全基因组cfDNA测试，已被应用于检测主要三体以外的CNV。对于胎儿结构异常的患者，建议对胎儿样本进行CMA，而NIPT是低风险人群的选择。其次，所有权威机构都建议应通过侵入性操作来确认NIPT阳性结果。全基因组cfDNA检测在产前环境中的应用也存在争议，因为其与诊断结果的一致性较低，尤其是在结构异常的胎儿中。

全外显子组测序

        研究表明WES比CMA能提供更多的基因组信息，但目前CNV检测的最佳方法仍需要CMA。在对WES在CNV检测性能的评估中发现几个盲点：WES目标区域之外的CNV，或覆盖较差的区域内的CNV，以及与基因内区域相关的CNV，或涉及单外显子变化的CNV。目前没有证据支持WES作为除胎儿异常或高度怀疑的单基因疾病以外的常规检查。而且在产前诊断环境中，WES结果的解释具有挑战性。目前，CMA仍然是胎儿结构异常检测的第一步，当经过详细的遗传咨询后检测到正常染色体时，WES可能是进一步的步骤。

结论

        基因组测序能够在单次检测中检测到更多信息的基因组变异，但是到目前为止它还不足以取代CMA。目前，带有SNP探针的CMA平台在检测染色体异常方面优于CNV-seq，例如CNV、MCC和ROH的联合检测。当检测到胎儿结构异常时，建议将WES作为二级检查。CMA平台仍被建议作为产前环境的优先检测方法，然而，在不久的将来孕妇可能会受益于基因组测序。

参考文献

1. Liu X, Liu S, Wang H, Hu T. Potentials and challenges of chromosomal microarray analysis in prenatal diagnosis. Front Genet. 2022 Jul 26;13:938183.

2. Stosic M, Levy B, Wapner R. The Use of Chromosomal Microarray Analysis in Prenatal Diagnosis. Obstet Gynecol Clin North Am. 2018 Mar;45(1):55-68.