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CMA 与CNV-Seq两者相争，孰强孰弱？




技术之争


染色体微阵列分析技术（chromosome microarray analysis, CMA）作为目前遗传病诊断中的重要检测工具之一，可检测全基因组范围内的拷贝数变异（copy number variation，CNV），杂合性缺失（ROH）,单亲二倍体（UPD）等染色体异常，并广泛应用于反复流产、产前诊断和产后遗传病的诊断。近年来，随着高通量测序技术的迅猛发展，低深度全基因组拷贝数变异检测技术（copy number variation sequencing, CNV-Seq）应运而生，一种高通量、低成本、易操作的检测技术, 并可对染色体异常进行快速诊断。


CMA和CNV-Seq，两者均是检测染色体CNV的方法，那么，在临床应用中，我们该如何去选择呢？




CMA与CNV-Seq的共同之处


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CMA与CNV-Seq的不同之处


01

检测原理不同


CMA检测是基于芯片平台。根据芯片设计与检测原理的不同，CMA技术又可分为两大类：基于微阵列的比较基因组杂交（array- based comparative genomic hybridization， aCGH）技术和单核苷酸多态性微阵列（single nucleotide polymorphism array，SNP array）技术。前者需要将待测样本DNA与正常对照样本DNA分别标记、进行竞争性杂交后获得定量的拷贝数检测结果，而后者则只需将待测样本DNA与一整套正常基因组对照数据进行对比即可获得检测结果。


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图1 安捷伦（上）和昂飞（下）CMA实验流程


CNV-Seq检测是基于高通量测序平台。CNV-Seq技术原理与aCGH相似：将等量的待测样本DNA和正常对照DNA建库测序后，分别与人类参考基因组序列进行对比。通过比较两个样本每个滑窗内比对reads数目的多少来确定每个位点的拷贝数，从而在全基因组范围内检测出受检样本中可能存在的染色体异常。

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图2 CNV-Seq实验流程


02

基因组覆盖度不同



基因组的某些区域与遗传性疾病的关系密切，有些区域则可以是已知的多态，故CMA在设计探针时会回避基因组中已知的基因组CNV多态区域、高度重复或同源序列、端粒等特殊区域，而在致病基因区域，特别是以CNV为致病变异的基因区域进行探针加密。因此，CMA探针的分布并非100%的全基因组覆盖，在某些特殊区域如高度重复序列、端粒区、着丝粒并无探针覆盖。


基于NGS的CNV-Seq具有全基因组均匀覆盖的优点。但受现有NGS技术的限制，CNV-Seq在染色体着丝粒DNA、着丝粒旁的异染色质、端粒、亚端粒区间或线粒体基因组等高度重复或同源的区间检测和分析可能不准确。另外，因CNV-Seq全基因组均匀覆盖，会检测更多的临床意义不确定（VOUS）的CNV或意外发现，这会增加临床遗传咨询的难度。



03

检测变异类型不同



CMA（包含SNP探针）可检测单亲二倍体（UPD）、杂合性缺失（ROH）以及三倍体、多倍体等染色体异常；而CNV-Seq则需要结合其他技术才可检测上述染色体异常。



04

检测分辨率不同



商业化成熟的CMA芯片类型最低可检测25kb的CNV，而目前市面上推广的CNV-Seq的检测分辨率一般在100kb左右。但CNV-Seq的检测分辨率可因测序深度的不同而改变，测序深度越高，分辨率也会越高。然而随着测序深度的增加，CNV-Seq的成本也将会相应的增加。



05

对DNA量的要求不同




CNV-Seq对样本量要求低，可检测低至10~50ng的DNA样本；而CMA的DNA样本量最少需要250ng。



06

操作通量不同



CNV-Seq采用高通量测序平台，其检测通量相对来说会更高，对于大样本量的检测效率会更高，而且成本也低；而CMA的通量较小，成本稍高，但就目前产前诊断的用量来说，其通量是完全足够的。



07

在嵌合体检测上有差异



虽然两者都能检测低比例嵌合体，但是其检测的嵌合比例仍存在差异。CNV-Seq可检测低至10%的染色体非整倍体嵌合体；而CMA容易受背景噪音影响，对于<30%的嵌合体检测不准确。


 总    结


CMA和CNV-Seq是不同方法学的工具，都有各自的优劣势，使用哪种技术主要看临床的需求进行选择。

从产前诊断的角度来说，现在CNV-Seq仍有许多细节如测序深度、致病性小片段CNV的阳性预测值（PPV）/阴性预测值（NPV）等需要明确。二代测序技术（NGS）因其灵活性和高灵敏度等特点将是未来检测CNV的发展方向，但以目前情况而言，该技术要替代CMA技术在产前诊断中的应用，还需要进一步完善分析流程和更多的临床实践。故在进行产前诊断时建议选择更为成熟的CMA；但若能够容忍UPD、ROH的漏检，可选择CNV-Seq。


总之，不管CMA还是CNV-Seq都应将有助于临床医生对患者进行临床诊断和开展相应的遗传咨询，从而有助于临床医生对受检者的临床诊疗，这才是我们的最终目的。


参考文献：

1、Xie C, Tammi M T. CNV-seq, a new method to detect copy number variation using high-throughput sequencing[J]. BMC bioinformatics, 2009, 10(1): 80.

2、执笔, 刘俊涛. 低深度全基因组测序技术在产前诊断中的应用专家共识[J]. 中华医学遗传学杂志, 2019, 36(4).