228 ChinJEvidBasedPediatr June2014,Vol9,No ), 可因整个 CHD7 基因或部分基因的缺失引起, 表现为心血管异常, 虹膜缺损和面部不对称等先天异常 [23] 2 CNV 导致临床表型的分子机制解释 2.1 剂量效应染色体微缺失或微扩增引起临床

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1 227 综述 DOI: /j.isn 染色体基因芯片分析在临床遗传病诊断中的应用和结果解读 王慧君 1 BiWeimin 2 1 吴冰冰 周文浩 1 CheungSauW 2 人类基因组的变异包括基于单个碱基或小片段插入缺失的单核苷酸多态性 (SNP) 和影响很多碱基的基因组拷贝数变异 (CNV),CNV 包括基因组的缺失和扩增等, 片段从小于 1kb 到 Mb 级不等 CNV 与很多人类疾病相关 [1~3] 由染色体微缺失和微扩增等导致的疾病称为基因组病, 随着检测手段的提高, 被认知的基因组病数量快速增加 染色体微缺失和微扩增在各种表型的患者中均有发现, 从包括各种孟德尔遗传病, 到一些常见的复杂疾病, 如发育迟缓 / 智力障碍 (DD/ID) 孤独症 (ASD), 肥胖和癫等 [4~6] 染色体基因芯片分析 (CMA) 是指在所有芯片基础上的基因组 CNV 分析, 包括基于寡核苷酸芯片的比较基因组杂交 (acgh) 和基于 SNP 的基因分型芯片 [7] CMA 技术提供了一种高分辨率 全基因组范围, 检测染色体拷贝数不平衡改变的方法 CMA 通过检测来自人体血液及组织的 DNA 样本 ( 包括活检组织 来自胎儿的 DNA 成分等 ), 可提供整个基因组染色体的变异结果, 其检测通量和灵敏度, 远远高于核型分析和荧光原位杂交 (FISH) 等技术 目前很多国外的实验室已经将 CMA 作为临床检测原因不明的 DD ASD 和多发先天异常 (MCA) 的首选技术 这些细胞遗传学检测中最常见的疾病在人群中的发病率较高, 如 DD 的发病率约为 3% [8],ASD 的发病率为 [9] 大部分这类患者的临床表现和常规检查难以明确是否为遗传性或非遗传性因素导致, 而常规核型分析往往也不能发现异常 CMA 比传统的染色体分析方法更敏感, 常规核型分析的检出率约为 3%, 而 acgh 的检出率可达 15% ~ 20% CMA 除了能够检测常规核型分析可发现的唐氏综合征 大的染色体缺失 / 扩增等外, 还可以检测到常规核型分析不能发现的染色体微缺失 / 扩增, 为临床医生提供更为详细和明确的染色体诊断结果 [10] [10] Miler 等整理了 例 CMA 检测结果, 将他们的经验总结为共识声明发表在 2010 年 5 月的 美国人类遗传学杂志 上, 建议将 CMA 作为临床检测原因不明的 DD [11] ASD 和 MCA 的首选技术 Hochstenbach 等总结了 例 DD 病例的 CMA 检测结果, 发现致病性 CNV 的检 出率为 19%, 建议将 CMA 作为此类疾病的首选检测方法 [12] Shen 等对 ASD 患儿进行 CMA 检测, 其结论同样也建议将 CMA 作为儿童 ASD 的首选检测技术 随着 CMA 在临床遗传学上的广泛应用, 其技术日臻成熟 2010 年 10 月, 美国医学遗传学与基因组学学会 (AmericanColegeof MedicalGeneticsandGenomics,ACMG) 发表了 CMA 的临床应用指南 [13], 并于 2011 年发布了更为详细的 CMA 技术和结果解读指南 [14,15] 1 常见基因组病及其发生机制 虽然 CNVs 遍布整个基因组, 但基因组的一些特殊区域更容易发生重排, 导致基因组病, 如低拷贝重复序列 (LCRs) 或阶段性重复区域 [16] LCRs 可以通过非等位基因同源重组 (NAHR) 机制, 介导重复发生的 ( 再发的 ) 基因组重排, 其缺失 / 扩增的片段大小和断裂点在不同病例中均相同 本文整理了常见的 再发的 基因组重排导致的基因组病, 包括染色体位置 致病基因 临床主要症状 缺失 / 扩增片段长度 在线人类孟德尔遗传数据库 (OMIM) 号和主要参考文献的 PubMed 唯一标识码 (PMID) 供参考, 表 1 显示了再发的重排导致的 44 种基因组病 在临床以 DD 为主要表现病例的 CMAs 检测结果中, 常见的再发的 CNVs 区域主要包括 22q11.21 和 15q11-13 等 [17] 如常见的 DiGeorge 综合征 (DGS), 发病率高达 1/2000, 主要临床表现为 DD 智力低下和先天性心脏病 绝大多数 DGS 患者携带染色体 22q11.2 区域 3Mb 或 1.5Mb 的微缺失和微扩增, 但后者较为罕见 [18,19] ( 图 1A) 非重复发生 ( 非再发 ) 的基因组重排也可导致基因组病 非再发的基因组重排片段大小 断裂点位置在不同个体中均不相同 ( 表 2) 此类重排的发生可通过一些复制机制, 如微同源序列介导的断裂点诱导复制机制 (MMBIR) 和复制叉停滞与模板交换机制 (FoSTeS) [20,21] 例如染色体 17p13.3 微缺失, 主要覆盖 PAFAH1B1(LIS1) 和 YWHAE 基因, 可导致以面容畸形和无脑回等为特征的 Miler Dieker 综合征 [22] ( 图 1B) 而 CHARGE 综合征 (OMIM # 基金项目上海市重大出生缺陷的筛查诊断和防治体系建立作者单位 1 复旦大学附属儿科医院, 儿童发育与疾病转化医学研究中心, 上海市出生缺陷防治重点实验室学院分子和人类遗传学系休斯敦,77030 通讯作者 CheungSauW,E mail:scheung@bcm.edu 上海,201102;2 美国贝勒医

2 228 ChinJEvidBasedPediatr June2014,Vol9,No ), 可因整个 CHD7 基因或部分基因的缺失引起, 表现为心血管异常, 虹膜缺损和面部不对称等先天异常 [23] 2 CNV 导致临床表型的分子机制解释 2.1 剂量效应染色体微缺失或微扩增引起临床表型最常见的机制是改变该区域剂量敏感基因 (dosage sensitive gene) 的拷贝数 [24,25] ( 图 2A) 当剂量敏感基因发生缺失时, 仅有一个等位基因编码蛋白质引起编码的总蛋白质减少 50%, 导致出现临床表型, 称为单倍剂量不足 (haploinsuficiency), 即编码的蛋白量减少, 不足以维持该蛋白的正常功能 [7] 相反, 当基因发生扩增, 基因表达水平增高, 合成更多蛋白, 导致蛋白构成总量增加 已知的导致基因组病的剂量敏感基因包括 :Rubinstein Taybi 综合征的 CREBBP 基因 [26] Angelman 综合征的 UBE3A 基因 [27] Alagile 综合征的 JAG1 基因 [28] Ret 综合征的 MECP2 基因 [29] Sotos 综合征的 NSD1 基因 [30] Smith [31] Magenis 综合征的 RAI1 基因和 CHARGE 综合征的 [24] CHD7 基因等 与单基因病不同, 基因组缺失或扩增区域可包含多个剂量敏感基因 ( 图 1B) 剂量敏感基因在扩增时也可能有表型 [32] 同一基因的缺失或扩增可能引起不同的基因组病 如外周髓鞘蛋白 22(PMP22) 剂量改变导致两种周围神经疾病, 腓骨肌萎缩症 (CMT1A) 和遗传性压力敏感性周围神经病 (HNPP) PMP22 基因所在区域的 1.4Mb 的杂合扩增 (PMP22 过表达 ) 导致 CMT1A, 而该区域的杂合缺失 ( 低表达或单倍剂量不足 ) 则导致 HNPP [33] 2.2 位置效应此类的特点是已明确致病基因, 但检测不到致病基因的突变或 CNV, 而与疾病表型相关的染色体结构异常发生在致病基因之外 [34] ( 图 2B) 染色体的缺失 易位等导致调控元件破坏或与转录基因分离, 从而使其调控的基因表达异常, 是该类遗传病发生的根本原因 [35] CNV 断裂点引起的位置效应, 甚至可发生在受影响基因的上游或下游 1Mb 之外 染色体 11p13 区域的 PAX6 基因的单倍剂量不足可导致虹膜缺损 (Aniridia, MIM106210) 和眼发育异常 [36] 在该基因编码区没有突变的病例中, 通过体外转录调控研究, 证实了散布在 PAX6 反方向的 ELP4 基因内含子的调控元件, 可通过组织特异性的顺式调控作用, 影响 PAX6 基因表达 [34] 在 2 例 11p13 缺失病例中发现, 缺失位于 PAX6 基因 3 远程调控元件 11kb 之远 [35] 染色体 Xp21.2 区域剂量敏感基因 NR0B1 缺失导致编码的 DAX1 蛋白质减少, 引起先天性肾 [37] 上腺发育不全 Smyk 等描述 1 例 21 岁患者 (46,XY), 具原发闭经, 不成熟子宫, 生殖器发育不良, 肾上腺功能不全等 此例患者核型为 46,XY, 在 NR0B1 基因上游 11kb 发现一处 257kb 的缺失, 导致位置效应, 出现类似 NR0B1 扩增的结果, 引起性发育不全和女性表型 表 1 44 种再发的重排导致的基因组病 参考文献 (OMIM/PMID) 片段长度 /Mb 染色体位置 (hg19) CNV 综合征致病基因主要症状 染色体位置 1q21.1 缺失血小板减少 桡骨缺失综合征 RBM8A 血小板过低, 骨骼畸形 chr1: / q21.1 缺失 1q21.1 缺失综合征 GJA5 神经 精神异常, 小头畸形 chr1: / , q21.1 扩增 1q21 扩增综合征 相邻基因扩增综合征 神经 精神异常, 大头畸形 chr1: / , q29 缺失 3q29 缺失综合征 PAK2,DLG1 DD, 多发畸形,ASD chr3: / , q29 扩增 3q29 扩增综合征 PAK2,DLG1 DD, 多发畸形 chr3: / q35 缺失小儿巨脑畸形综合征 (Soto 综合征 ) NSD1 巨头畸形 特殊面容和发育迟缓 chr5: / , q35 扩增 5q35 扩增综合征 NSD1 矮小, 小头畸形, 短指, 骨龄延迟,DD chr5: 尚无 / , q11.23 缺失 Wiliams 综合征 ELN,GTF2I DD,CHD, 多发畸形 chr7: / , q11.23 扩增 7q11.23 扩增综合征 ELN 及相邻基因扩增综合征 DD,ASD chr7: / p23.1 缺失 8p23.1 缺失综合征 GATA4 CHD chr8: 尚无 / p23.1 扩增 8p23.1 扩增综合征 GATA4 CHD chr8: 尚无 / DD, 神经 精神异常 chr10: 尚无 / q22 q23 缺失 10q22 q23 缺失综合征 NRG3,GRID1 及相邻 基因缺失综合征 15q11 q13 缺失 Angelman 综合征 UBE3A DD, 共济失调, 行为障碍 chr15: / , , q11 q13 缺失 Prader Wili 综合征 SNRPN,NDN DD, 肥胖, 肌张力低, 手足小 chr15: / ,

3 229 染色体位置 CNV 综合征致病基因主要症状 染色体位置 (hg19) 片段长度 /Mb 参考文献 (OMIM/PMID) 15q11 q13 扩增 15q11 q13 扩增综合征相邻基因扩增综合征 DD,ASD, 共济失调, 癫 chr15: / , q13.3 缺失 15q13.3 缺失综合征 CHRNA7 DD, 癫, 多发畸形 chr15: / , q13.3 扩增 15q13.3 扩增综合征 CHRNA7 DD, 癫, 神经 精神异常 chr15: 尚无 / , q24 缺失 15q24 缺失综合征相邻基因缺失综合征 DD, 发育迟缓, 多发畸形 chr15: / q24 扩增 15q24 扩增综合征 相邻基因扩增综合征 DD, 发育迟缓, 多发畸形 chr15: / q25.2 缺失 15q25.2 缺失综合征 相邻基因缺失综合征 先天性膈疝, 认知障碍,DD,ASD, 贫血 82.6~85.8Mb 3.2 尚无 / p13.11 缺失 16p13.11 缺失综合征 相邻基因缺失综合征 DD,ASD chr16: 尚无 / , p13.11 扩增 16p13.11 扩增综合征 相邻基因扩增综合征 DD,ASD chr16: 尚无 / , p11.2 缺失 16p11.2 缺失综合征 SH2B1 肥胖 chr16: / , p11.2 缺失 16p11.2 缺失综合征 相邻基因缺失综合征 DD,ASD, 多发畸形 chr16: / , p11.2 扩增 16p11.2 扩增综合征相邻基因扩增综合征行为障碍 chr16: / , p12.1 缺失 16p12.1 缺失综合征 相邻基因扩增综合征 发育迟缓, 学习障碍, 颌面部和骨骼发育异常 21.8~22.34Mb / p11.2p12.2 缺失 16p11.2p12.2 缺失综合征 相邻基因缺失综合征 DD, 发育迟缓 chr16: / p12 扩增 腓骨肌萎缩症 I 型 PMP22 周围神经病 chr17: / p12 缺失 HNPP PMP22 周围神经病 chr17: / p11.2 缺失 Smith Magenis 综合征 RAI1 DD, 多发畸形, 行为障碍 chr17: / p11.2 扩增 Potocki Lupski 综合征 RAI1 发育迟缓 chr17: / q11.2 缺失 Ⅰ 型神经纤维瘤病 NF1 神经纤维瘤病, 皮肤斑块 chr17: / q12 缺失 17q12 缺失综合征 HNF1B DD, 癫, 糖尿病, 肾病 chr17: / , q12 扩增 17q12 扩增综合征 HNF1B DD, 行为障碍 chr17: / , q21.31 缺失 17q21.31 缺失综合征 KANSL1 DD, 多发畸形 chr17: / , q21.31 扩增 17q21.31 扩增综合征 KANSL1? DD, 多发畸形 chr17: / q23.1q23.2 缺失 17q23.1 q23.2 缺失综合征 TBX2 TBX4 及相邻 基因缺失综合征 17q23.1q23.2 扩增 17q23.1 q23.2 扩增综合征 TBX2 TBX4 及相邻 基因扩增综合征 DD, 发育迟缓, 多发畸形 chr17: / DD, 发育迟缓, 多发畸形 chr17: / q11.2 缺失 DiGeorge 综合征 / 腭心面综合征 TBX1 及相邻基因缺失综合征发育迟缓,DD,CHD chr22: / , q11.2 扩增 22q11.2 扩增综合征 TBX1 及相邻基因扩增综合征 发育迟缓,DD,CHD chr22: / q11.2 缺失 22q11 染色体远端缺失综合征 相邻基因缺失综合征 发育迟缓,CHD, 多发畸形 chr22: / q11.2 扩增 22q11 染色体远端扩增综合征相邻基因扩增综合征发育迟缓 chr22: 尚无 / ) 22q13.3 缺失 22q13.3 缺失综合征 SHANK3 发育迟缓, 多发畸形, 行为障碍 chr22: / Xp11.2p11.23 扩增 Xp11.22 p11.23 扩增综合征相邻基因扩增综合征 DD, 癫 48.1~52.6Mb 4.5 尚无 / 续表 1 注 DD: 智力低下 ;ASD: 孤独症 ;HNPP: 遗传性压力敏感性周围神经病变 ;CHD: 先天性心脏病 ;1)Phelan McDermid 综合征 ;OMIM: 在线人类孟德尔遗传数据库编号 ;PMID:PubMed 唯一标识码

4 230 ChinJEvidBasedPediatr June2014,Vol9,No3 表 2 79 种常见非再发的重排导致的基因组病 染色体位置 CNV 综合征致病基因参考文献 (OMIM/PMID) 1p36 缺失 / 扩增 1p36 微缺失 / 微扩增综合征 GABRD,PRKCZ 及邻近基因 / q32 q41 缺失 vanderwoude 综合征 IRF / q41 缺失 1q41 q42 微缺失综合征 DISP1 及邻近基因 / q44 缺失 1q44 微缺失综合征 AKT3 及邻近基因 / q21.1 缺失 / 扩增 1q21.1 微缺失 / 微扩增综合征 GJA5 及邻近基因 / p24.1 缺失 Feingold 综合征 MYCN / p16.3 缺失 / 扩增 NRXN1 微缺失 / 微扩增综合征 NRXN / q22.3 缺失 Mowat Wilson 综合征 ZEB / q23.1 缺失 2q23.1 缺失综合征 MBD5 及邻近基因 暂无 / p16.3 缺失 Wolf Hirschhorn 综合征 MBD5 及邻近基因缺失综合征 / q21 缺失 4q21 微缺失综合征 PRKG2,RASGEF1B 及 / 邻近基因 5p15.2 缺失 猫叫综合征 TERT 及邻近基因 / p13.1 缺失 CorneliadeLange 综合征 NIPBL / ; p13.1 扩增 5p13.1 染色体扩增综合征 NIPBL / q14.3 缺失 5q14.3 缺失综合征 MEF2C / p21 缺失 锁骨颅骨发育不良 RUNX ;119600/ p13 缺失 / 扩增 Greig 端部多发性并指综合征 GLI / p21 缺失 Saethre Chotzen 综合征 TWIST ;601622/ q21.3 缺失 手足裂畸形 Ⅰ 型 SHFM / q36.3 缺失 Curarino 综合征 MNX / p23.1 p22 缺失 / 扩增 室间隔缺损 / 特殊面容 GATA / q12.1 缺失 1) CHARGE 综合征 CHD / q13.3 缺失 / 扩增 鳃裂 耳 肾综合征 EYA / q21.11 缺失 8q21.11 缺失综合征 ZFHX4 及邻近基因 / q24.12 缺失 Langer Giedion 综合征 TRPS1,EXT1 及邻近基因 ;150230/ q22.3 缺失 基底细胞痣综合征 PTCH / q22.3 扩增 9q22.3 扩增综合征 PTCH1 尚无 / q34.1 缺失 甲 髌综合征 LMX1B / q34.3 缺失 9q34 缺失综合征 EHMT / p14 缺失 甲状旁腺功能减低 感音 神经性耳聋 肾发育不良综合征 GATA / q23.31 缺失 Cowden 病 PTEN / q24.1 扩增 Spli 手足裂畸形 Ⅲ 型 FBXW ;600095/ p15 缺失 Beckwith Wilderman 综合征 基因缺失综合征 ;600856, ,604115/ p13 缺失 2) WAGR 综合征 PAX6,WT1 及邻近基因 ;607108/ p11.2 缺失 Potocki Shafer 综合征 ALX4,EXT2 及邻近基因 / q23 缺失 Jacobsen 综合征 BSX,NRGN 及邻近基因 / p 扩增 Palister Kilian 综合征 邻近基因三体综合征 / q14 缺失 / 扩增 Buschke Olendorf 综合征 LEMD / q24.1 缺失 心 手综合征 TBX ;601620/ q24.1 缺失 / 扩增 Noonan 综合征 I/NSI PTPN11 及邻近基因 / q24.1 缺失 尺骨 乳腺综合征 TBX / q12 缺失 14q12 缺失综合征 (Ret 综合征变异型 ) FOXG ;164874/ q13 缺失 14q12 缺失综合征 NKX2 1,PAX9 尚无 / q11.2 缺失 / 扩增 15q11.2 微缺失 / 微扩增综合征 NIPA1 及邻近基因 / q13.3 缺失 / 扩增 15q13.3 微缺失 / 微扩增综合征 CHRNA7 及邻近基因 / q23.1or15q26 缺失 先天性膈疝 CHD2,NR2F / p13.3 缺失 Rubinstein Taybi 综合征 CREBBP / ; p13.3 扩增 16p13.3 扩增综合征 CREBBP 尚无 /

5 231 染色体位置 CNV 综合征致病基因参考文献 (OMIM/PMID) 16p11.2 缺失 16q13.3 微缺失综合征 TBX6 及邻近基因 / q12.1 缺失 Townes Brocks 综合征 SALL / 续表 2 16q24 缺失肺泡毛细血管发育不良 FOXF / p13.3 缺失 Miler Dieker 综合征 PAFAH1B1(LIS1),YWAHE / ; p13.3 扩增 17p13.3 扩增综合征 PAFAH1B1(LIS1),YWAHE / q24.3 q25.1 缺失 / 扩增 短指发育不良 SOX / q21.1 缺失 Pit Hopkins 综合征 TCF / p12 缺失 Alagile 综合征 JAG / q13.2 缺失 Duane 放射线综合征 SALL / q11.2 扩增 猫眼综合征 邻近基因扩增 / q12.2 缺失 2 型神经纤维瘤病 NF ;607379/ q13.3 缺失 22q13.3 缺失综合征 (Phelan McDermid 综合征 ) SHANK3/PROSAP / Xpter p22.32 缺失 Leri Weil 软骨骨生成障碍 SHOX / ; Xp22.31 缺失 Kalmann 综合征 Ⅰ 型 KAL / Xp22 缺失早期婴儿型癫性脑病 2/ X 连锁显性婴儿痉挛综合征 2 CDKL / Xp22.2 缺失 OpitzGBBB 综合征 MID / Xp21.2 缺失 / 扩增 Duchenne 型肌营养不良 DMD / Xp21.3 缺失 X 连锁精神发育迟滞 21 型 IL1RAPL / Xp21.3 缺失 X 连锁无脑回 2 型 ARX / Xp21.3 p21.2 缺失 先天性肾上腺发育不良, NR0B / 伴低促性腺性功能减退 Xp21.3 p21.2 缺失 剂量敏感的性别反转 NR0B / Xp11.4 缺失 鸟氨酸氨甲酰转移酶缺乏症 OTC / Xp11.4 缺失 X 连锁的智障, 小头畸形, 桥脑小脑发育不良 CASK / Xp11.23 缺失 Norie 病 NDP / Xp11.23 缺失 局灶性真皮发育不良 (Goltzsyndrome) PORCN / ; Xq22.2 扩增 Pelizaeus Merzbacher 综合征 PLP / Xq22.3 q23 缺失 X 连锁无脑回 Ⅰ 型 DCX / ; Xq25 缺失 X 连锁淋巴组织增生症 SH2D1A / Xq27.1 缺失 / 扩增 X 连锁智力障碍伴孤立性生长激素缺乏 SOX / Xq28 缺失 Ret 综合征 MECP / Xq28 扩增 Lubs 综合征 MECP / 注 :OMIM: 在线人类孟德尔遗传数据库编号 ;PMID:PubMed 唯一标识码 ;1)CHARGE: 虹膜缺损, 心脏缺陷, 后鼻孔闭锁, 生长发育迟滞, 生殖器异常, 耳异常 ;2)WAGR:Wilms 瘤, 虹膜缺损, 生殖器异常, 智力发育迟缓 2.3 基因破坏和基因融合基因组重排的断裂点破坏了基因的完整性, 导致该基因的功能丧失 (los of function) ( 图 2C), 或者在断裂点形成融合 ( 嵌合 ) 基因, 从而产生功能获得性突变 (gain of function), 形成新的蛋白 [38] ( 图 2D) 采用靶向外显子的 acgh 芯片, 在 1 例智力障碍伴癫的患者中发现了覆盖 SCN2A 基因外显子 1 2, 约 110kb 的新发缺失, 该缺失破坏了 SCN2A 基因, 使该基因失活 [39] NRXN1 基因内的缺失 串联重复可导致 NRXN1 基因破坏, 导致 ASD 和 DD 等 [40] 2.4 暴露隐性基因 (unmaskingrecesivealele) 或功能性多态性 (functionalpolymorphism) 染色体缺失, 伴半合子同源 臂的隐性突变表达, 或者其表达与该同源臂的某功能性多态性相关 ( 图 2E) Sotos 综合征是染色体 5q35 连续缺失综合征 (NSD1 等基因 ), 该缺失区域的血浆凝血因子 12 (FⅫ) 的活性取决于另外一个同源臂的功能性多态 即 5q35 缺失一个同源臂后, 另外一个同源臂上的 FⅫ 基因野生型不影响该因子活性, 但变异型则导致 FⅫ 活性降低 [41] 另外, 在 1 例 8 号染色体发生杂合性缺失 (absenceof heterozygosity,aoh) 的区域, 同时伴有 52kb 的纯合缺失, 该缺失区域覆盖 VPS13B 基因的外显子 4 14, 导致 Cohen 综合征 (OMIM#216550) [42]

6 ２３２ Ｃｈ ＪＥｖ ｄｂｓｄｐｄ ｒ Ｊｕ２０１４ Ｖｏ９ Ｎｏ３ 图 １ 再发的和非再发的基因组重排举例 注 图 １Ａ显示再发的基因组重排 以 ２２ｑ １１ ２Ｄ Ｇ ｏ ｒ ｇ 综合征区域 ＣＮＶ为例 其 ＣＮＶ片段大小在不同患者中一致 绿色区域表示 ２种大 小的扩增 红色区域表示 ２种大小的缺失 中间显示 ２２号染色体 ＬＣＲ区域 以及该区域已知的致病基因 ＴＢＸ１ 缺失 扩增位于 ２个 ＬＣＲ 间 图 １Ｂ显示非再发的基因组重排 以 １ ７ｐ １３ ３区域缺失为例 从上到下依次为 １ ７号染色体示意图 ＣＧＨ检测到不同患者的 １ ７ｐ １３ ３ 区域缺失分布和该区域基因以及基因编码方向 不同患者中 １ ７ｐ １ ３ ３缺失的长度 范围 以及区域覆盖的基因均不相同 但每例患者的 ＣＮＶ至少包含一个剂量敏感基因 黄色阴影区域为 Ｍ ｒ Ｄ ｋ ｒ微缺失综合征关键区域 下划线标记的为 ＰＡＦＡＨ１Ｂ１ Ｌ Ｉ Ｓ １ 和 ＹＷＨＡＥ剂 量敏感基因 ｏ 或 拷 贝 数 扩 增 量 必 需 用 拷 贝 数 缺 失 ｄ ｄ ｕ ｐ ｏ 对 ＣＮＶ进行具体的界定 ３ １ ＣＭＡ报告中 ＣＮＶ的临床意义界定 根据指南 １３ 遗 传学实验室的报告中将所有 ＣＮＶ分为三类主要的临床意 义界定 ４３ ４４ 并在报告中采用统一的术语来命名这些分 类 以便于进行准确无误的交流 报告中描述每个 ＣＮＶ的 位置 大小 缺失或扩增情况 其中染色体位置包括染色体 编号和细胞遗传学显带定位信息 ＣＮＶ的大小 特定的基 因组线性坐标 ＣＮＶ发生机制的剂量效应 如拷贝数缺失 或扩增 单拷贝缺失 串联重复等 而对于良性 ＣＮＶ 尤其 是常见的多态性 一般不报告 报告中的每个 ＣＮＶ均应该 图 ２ ＣＮＶ导致临床表型的常见机制示意图 注 横线表示基因组 虚线表示缺失 扩增区域 长方框表示基因 的外显子 方括号为 ＣＮＶ覆盖的区域 Ａ 基因剂量效应 即该区 域基因拷贝数缺失或扩增导致该基因表达剂量改变 引起相应的 表型 Ｂ 位置效应 致病基因本身的拷贝数无异常 而调控该基因 的区域发生拷贝数改变 引起该基因功能异常 Ｃ 基因破坏 基因 组重排的断裂点破坏了基因的完整性 导致该基因的功能丧失 Ｄ 基因融合 ＣＮＶ的断裂点形成新的融合基因 产生功能获得性突 Ｅ 暴露隐性基因或功能性多态 染色体缺失的半合子伴隐性突 变 变表达 或者表达取决于同源臂的功能性多态 该图摘自 Ｌｕ ｐ ｓ ｋｊ Ｒ Ｓ ｋ ｗ ｚｐ ＰＬｏ ＳＧ ｓ ２００５ １ ４ ９ 有关于临床意义的清楚阐述 在报告中对支持这些阐述的 证据进行总结 并提供相应的参考文献 ３ １ １ 致病性 Ｐ ｈ ｏ ｇ 致病性 ＣＮＶ已经在多篇发 表的同行评议论文中记录为有临床意义 即使其外显率和 表现度不稳定 这一类包括大片段的 ＣＮＶ 虽然其在患者 中发现的片段大小与文献报道不完全一致 但重叠区域中 包含临床意义明确的片段 致病性 ＣＮＶ的致病性本质是毋 庸置疑的 除了已明确的细胞遗传学异常之外 此分类尚 包含大部分细胞遗传学可见的改变 ３ ５Ｍｂ或以上 但 ３ 芯片报告结果中关于临床意义的分类以及 ＣＭＡ的临 如果该区域缺乏明确定义的综合征 则其结果的解释需要 床应用中的注意事项 慎重 临床诊断检测出来的 ＣＮＶｓ可能是致病性的 直接导 ３ １ ２ 临 床 意 义 未 明 ｕ ｒ ｓ ｇ ｆ 致患者临床症状 也可能是良性的 存在于正常人群 与患 ＣＮＶ的临床意义未明 可能为致病性 也可能是良性 即尚 者表型不相关 芯片报告用致病性 ＣＮＶ 良性 ＣＮＶ等对其 没有足够的证据或标准证实其临床意义 其结果的解释很 临床相关性进行具体的限定 另外 ＣＮＶ 不提示相关剂 具有挑战性 不同临床实验室之间的解释结果可能并不相

7 233 同 [45,46] 通过对父母亲的进一步检测可帮助明确, 如果该 CNV 来自其没有表型的父母亲, 则良性的可能性大, 而如果是新发的, 则致病性的可能更大 良性 (Benign) 该 CNV 已经在多篇已发表的同行评议论文中或公共数据库中被认为是良性, 特别是当其 CNV 性质已经研究得很透彻 ( 如唾液淀粉酶基因的 CNV [47] ), 或该 CNV 代表常见的多态性 必需注意的是, 有些区域的拷贝数增加为良性, 但该区域的缺失则可能具有临床意义 3.2 CMA 临床应用中的注意事项 ACMG 在其 2011 年 [13] 发布的针对 CMA 结果分析的指南中, 在对 CNV 进行系统评估和临床解释 对 CNV 临床意义的分类建议 报告的撰写和对报告特殊发现的解释等方面, 进行了较为详细的阐述 我们在本文中给出了常见的重复发生的和非重复发生的常见基因组病 ( 表 1,2) 对再发的, 临床常见的缺失 / 扩增综合征, 以及涉及低拷贝重复序列的关键区域可进行明确诊断和精确定位 以下这些网络资源可供参考, 但需要时刻关注不断更新的文献报道 实时更新的在线数据库资源包括 : 多伦多基因组变异数据库 (DGV),htp://projects. tcag.ca/variation; CNV 疾病数据库 (DECIPHER), htps://decipher. sanger.ac.uk/information; 基因型与表型数据库 (dbgap),htp:// nih.gov/gap; 基因组结构变异数据库 (dbvar),htp:// nlm.nih.gov/dbvar/; OMIM,htp:// 欧洲细胞遗传学家协会注册的不平衡染色体畸变数据库 (ECARUCA),htp:// CNV 的片段大小虽然一般认为 CNV 片段越大诊断越可靠, 而小片段的 CNV 可信度不高, 但大片段的 CNV 可以是良性 [48~50], 而很小的 CNV 也有可能有临床意义 因此, 对于在临床病例中发现的 CNV 的解释, 需要结合芯片类型, 以及充分的临床随访结果和经验, 而不是假设认为有临床意义 CNV 区域覆盖的基因在分析 CNV 的临床意义时, 主要考虑 CNV 覆盖区域内的结构情况, 即其中是否存在功能基因 这是到目前为止最为相关的解释, 也是广泛受关注的问题 如果认为某临床表型与该 CNV 区域内的某个或某些基因的缺失或扩增有关, 那么需要从 OMIM 以及 PubMed 数据库中获得该基因是否与该疾病表型存在剂量效应关系的证据 由于受探针密度和覆盖度的局限, 难以对 CNV 断裂点进行精细定位, 因此 CNV 精确的大小需要进一步采用其他方法进行明确 临床 CMA 报告中一般会列出 CNV 中相关的具体基因 对于大片段的 CNV, 尤其 是那些临床意义已经非常明确的 CNV, 一般给出相关综合征的名称和 ( 或 ) 该区域最关键的基因 对于临床意义未明的 CNV, 会将 CNV 覆盖的所有 RefSeq 基因名称放在报告中 在报告中一般不提供 CNV 相关的链接, 因为链接内容可能为医生提供不客观的内容, 尤其是当基因组版本发生变化时 当报告中仅有一个或几个基因, 一般会全部列出, 以便于直观分析该 CNV 区域的基因情况 对于 < 300kb 的 CNV, 如果与疾病相关, 必须包含具体基因 如果 CNV 区域内没有编码基因, 尤其是 <500kb 的 CNV, 一般不会写进报告中 但当该 CNV 片段较大, 或者临近已知疾病相关区域时应该考虑其临床意义 需要注意的是, 如果 CNV 区域内的基因没有与该疾病相关的报道, 不能仅仅根据基因功能预测 模式生物功能或体外细胞株研究, 推论该 CNV 为致病性 另外, 鉴于 CMA 技术上的高通量, 可能会检测到一些额外的信息, 如血亲关系 成年罹患的疾病或肿瘤相关的信息等 对这些数据的处理和解读需要等待医学伦理学领域的深入探讨 4 CMA 芯片检测的局限性 [13] ACMG 在 2013 年更新的应用指南中指出, 尽管 CMA 已成为检测染色体 CNV 的有效工具, 但并不适用于所有的一线检测 传统的核型分析更适合检测常见疑似非整倍体, 如 21 三体 18 三体或性染色体非整倍病例 而对于临床怀疑 Wiliams 综合征 DGS 等已明确染色体区域的病例, 则采用 MLPA 的方法进行检测更为经济有效 同时, 该指南也指出了 CMA 芯片检测的局限性 [51] 对于目前使用的大多数平台来说, 局限于其检测原理, 尚无法检测到平衡染色体重排 当然, 即便是核型分析检测到的 平衡 染色体重排, 如果出现了缺失或扩增, 或断裂点附近的拷贝数变化,CMA 仍然可以检测到 而真正的 平衡 易位导致的疾病比较罕见 一般用于临床诊断芯片的探针主要覆盖已知疾病的区域, 并有一定密度的基因组骨架 (back bone) 覆盖, 一些芯片的探针可覆盖已知致病基因的具体外显子 因此, 芯片检出结果取决于芯片本身的探针分布, 如果该区域没有探针分布, 则该区域的 CNV 当然检测不到 目前, 很多临床实验室采用不同的检测技术平台, 设计各自不同的检测芯片进行 CMA 检测, 其目的是检测已知疾病区域的 CNV 和较大的 CNV 区域 一些平台能够检测 AOH, 可为单亲二体和常染色体隐性遗传病的诊断提供线索 2010 年, 细胞分子遗传学芯片国际标准 (TheInternationalStandard CytogenomicAray,ISCA) 联合会对 33 个已发表的共 个病例的 CMA 检测结果进行分析 评估, 其结论是, 常规核型分析的分辨率最高可达 3~5Mb, 如果剔除唐氏综合征, 核型分析检测发育异常的阳性率约 3% [8],FISH 的阳性检

8 234 ChinJEvidBasedPediatr June2014,Vol9,No3 出率为 2.4% ~2.6%, 而 CMA 的平均诊断率为 12.2%, 比传统的核型分析高近 10% [52,53] 早期的 CMA 检测是基于 BAC 克隆的芯片, 靶向已知重复发生的微缺失或微扩增综合征, 端粒或着丝粒周围, 基因组分辨率约为 1Mb [54,55], 在核型分析未发现异常患儿中的诊断率为 7% ~11% [56~58] 之后的临床 CMA 芯片包括了更多的探针, 能够检测到常见区域以外的微缺失或微扩增等致病性基因组不平衡改变 目前的 CMA 芯片足以检测到 100kb 的 CNV, 甚至更小的 CNV, 核型分析未见异常的 DD 患儿的芯片诊断率可达 11% ~15% [59~61] CMA 可能会漏检低水平嵌合体的非平衡重排和非整倍体 CMA 检测嵌合体的敏感度受很多因素的影响, 如使用的检测平台本身因素, 样本类型和 DNA 质量, 芯片数据本身的质量, 拷贝数变化的程度, 不平衡片段的大小等 因此, 对于多少比例以上的嵌合体能检测到并没有定论 一般情况下,20% 的嵌合体可以可靠地检测出来 对于发现的一些临床意义未明的 CNVs, 其中大部分可以通过对父母的检测得以明确, 但是医生必须详细了解父母亲的临床表型和发育过程, 分析可能的轻微的临床表型 有时为了进一步明确染色体重排的结构和嵌合体的水平, 还需要结合核型分析和 FISH 技术 总之,CMA 检测已成为目前临床检测 DD ASD 和 MCA 的首选诊断方法 通过结合传统的染色体分析技术, 应用规范化的 设计合理的高分辨率 CMA 检测技术, 将有助于染色体疾病的有效诊断 CMA 检测结果的解读需要该领域专业人员对数据进行鉴定 解释, 并需要综合考虑一些社会 宗教和法律等方面的因素, 检测结果最终需要由临床医生参照患者及其家系的临床表型对结果进行逐一解读 参考文献 犤 1 犦 LupskiJR 牞 StankiewiczP.Genomicdisorders 牶 molecular mechanismsforrearangementsandconveyedphenotypes.plos Genet 牞 2005 牞 1 牞 e49 犤 2 犦 SebatJ 牞 LakshmiB 牞 TrogeJ 牞 etal.large scalecopynumber polymorphisminthehumangenome.science 牞 2004 牞 305 牗 5683 牘牶 犤 3 犦 RedonR 牞 IshikawaS 牞 FitchKR 牞 etal.globalvariationin copynumberinthehumangenome.nature 牞 2006 牞 444 牗 7118 牘牶 犤 4 犦 StankiewiczP 牞 BeaudetAL.UseofarayCGHinthe evaluationofdysmorphology 牞 malformations 牞 developmental delay 牞 andidiopathicmentalretardation.curopingenet Dev 牞 2007 牞 17 牗 3 牘牶 犤 5 犦 SlavotinekAM.Novelmicrodeletionsyndromesdetectedby chromosomemicroarays.humgenet 牞 2008 牞 124 牗 1 牘牶 1 17 犤 6 犦 StankiewiczP 牞 LupskiJR.Structuralvariationinthehuman genomeanditsroleindisease.annurevmed 牞 2010 牞 61 牶 犤 7 犦 VisersLE 牞 StankiewiczP.Microdeletionandmicroduplication syndromes.methodsmolbiol 牞 2012 牞 838 牶 犤 8 犦 ShevelM 牞 AshwalS 牞 DonleyD 牞 etal.practiceparameter 牶 evaluationofthechildwithglobaldevelopmentaldelay 牶 report ofthequalitystandardssubcommiteeoftheamerican AcademyofNeurologyandThePracticeCommiteeoftheChild NeurologySociety.Neurology 牞 2003 牞 60 牗 3 牘牶 犤 9 犦 NewschaferCJ 牞 CroenLA 牞 DanielsJ 牞 etal.the epidemiologyofautismspectrumdisorders.annurevpublic Health 牞 2007 牞 28 牶 犤 10 犦 MilerDT 牞 AdamMP 牞 AradhyaS 牞 etal.consensus statement 牶 chromosomalmicroarayisafirst tierclinical diagnostictestforindividualswithdevelopmentaldisabilitiesor congenitalanomalies.amjhumgenet 牞 2010 牞 86 牗 5 牘牶 犤 11 犦 HochstenbachR 牞 vanbinsbergene 牞 EngelenJ 牞 etal.aray analysisandkaryotyping 牶 workflowconsequencesbasedona retrospectivestudyof36 牞 325patientswithidiopathic developmentaldelayinthenetherlands.eurjmedgenet 牞 2009 牞 52 牗 4 牘牶 犤 12 犦 ShenY 牞 DiesKA 牞 HolmIA 牞 etal.clinicalgenetictestingfor patientswithautismspectrumdisorders.pediatrics 牞 2010 牞 125 牗 4 牘牶 犤 13 犦 ManningM 牞 HudginsL.Aray basedtechnologyand recommendationsforutilizationinmedicalgeneticspracticefor detectionofchromosomalabnormalities.genetmed 牞 2010 牞 12 牗 11 牘牶 犤 14 犦 KearneyHM 牞 SouthST 牞 WolfDJ 牞 etal.americancolegeof MedicalGeneticsrecommendationsforthedesignand performanceexpectationsforclinicalgenomiccopynumber microaraysintendedforuseinthepostnatalsetingfor detectionofconstitutionalabnormalities.genetmed 牞 2011 牞 13 牗 7 牘牶 犤 15 犦 KearneyHM 牞 ThorlandEC 牞 BrownKK 牞 etal.american ColegeofMedicalGeneticsstandardsandguidelinesfor interpretationandreportingofpostnatalconstitutionalcopy numbervariants.genetmed 牞 2011 牞 13 牗 7 牘牶 犤 16 犦 EichlerEE.Recentduplication 牞 domainaccretionandthe dynamicmutationofthehumangenome.trendsgenet 牞 2001 牞 17 牗 11 牘牶 犤 17 犦 GirirajanS 牞 RosenfeldJA 牞 CoeBP 牞 etal.phenotypic heterogeneityofgenomicdisordersandrarecopy number variants.nengljmed 牞 2012 牞 367 牗 14 牘牶 犤 18 犦 Carele CalmelsN1 牞 Saugier VeberP 牞 Girard LemaireF 牞 et al.geneticcompensationinahumangenomicdisorder.n EnglJMed 牞 2009 牞 360 牗 12 牘牶 犤 19 犦 BiW 牞 ProbstFJ 牞 WiszniewskaJ 牞 etal.co occurenceof recurentduplicationsofthedigeorgesyndromeregiononboth chromosome22homologuesduetoinheritedanddenovo events.jmedgenet 牞 2012 牞 49 牗 11 牘牶 犤 20 犦 LeeJA 牞 CarvalhoCM 牞 LupskiJR.ADNAreplication mechanismforgeneratingnonrecurentrearangements asociatedwithgenomicdisorders.cel 牞 2007 牞 131 牗 7 牘牶 犤 21 犦 HastingsPJ 牞 IraG 牞 LupskiJR.Amicrohomology mediated break inducedreplicationmodelfortheoriginofhumancopy numbervariation.plosgenet 牞 2009 牞 5 牗 1 牘牶 e 犤 22 犦 NagamaniSC 牞 ZhangF 牞 ShchelochkovOA 牞 etal. MicrodeletionsincludingYWHAEintheMiler Dieker syndromeregiononchromosome17p13.3resultinfacial dysmorphisms 牞 growthrestriction 牞 andcognitiveimpairment.j MedGenet 牞 2009 牞 46 牗 12 牘牶 犤 23 犦 VataM 牞 NiuZ 牞 LupskiJR 牞 etal.evidenceforreplicative mechanisminachd7rearangementinapatientwith CHARGEsyndrome.AmJMedGenetA 牞 2013 牞 161A 牗 12 牘牶 犤 24 犦 VisersLE 牞 vanravenswaaijcm 牞 AdmiraalR 牞 etal. Mutationsinanewmemberofthechromodomaingenefamily causechargesyndrome.natgenet 牞 2004 牞 36 牗 9 牘牶 犤 25 犦 StankiewiczP 牞 SenP 牞 BhatSS 牞 etal.genomicandgenic

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SubtelomereFISHanalysisof11688cases 牶 anevaluationof thefrequencyandpaternofsubtelomererearangementsin individualswithdevelopmentaldisabilities.jmedgenet 牞 2006 牞 43 牗 6 牘牶 犤 53 犦 BalifBC 牞 SulpizioSG 牞 LloydRM 牞 etal.theclinicalutility ofenhancedsubtelomericcoverageinaraycgh.amjmed GenetA 牞 2007 牞 143A 牗 16 牘牶 犤 54 犦 YlstraB 牞 vandenijselp 牞 CarvalhoB 牞 etal.bactothe future 牎 oroligonucleotides 牶 aperspectiveformicroaray comparativegenomichybridization 牗 araycgh 牘.Nucleic AcidsRes 牞 2006 牞 34 牗 2 牘牶 犤 55 犦 AradhyaS 牞 CheryAM.Aray basedcomparativegenomic hybridization 牶 clinicalcontextsfortargetedandwhole genome designs.genetmed 牞 2007 牞 9 牗 9 牘牶 犤 56 犦 RosenbergC 牞 KnijnenburgJ 牞 BakkerE 牞 etal.aray CGH detectionofmicrorearangementsinmentalyretarded individuals 牶 clinicalsignificanceofimbalancespresentbothin afectedchildrenandnormalparents.jmedgenet 牞 2006 牞 43 牗 2 牘牶 犤 57 犦 CheungSW 牞 ShawCA 牞 YuW 牞 etal.developmentand validationofacghmicroarayforclinicalcytogenetic diagnosis.genetmed 牞 2005 牞 7 牗 6 牘牶 犤 58 犦 ShevelMI 牞 BejaniBA 牞 SrourM 牞 etal.araycomparative genomichybridizationinglobaldevelopmentaldelay.amj MedGenetBNeuropsychiatrGenet 牞 2008 牞 147B 牗 7 牘牶 犤 59 犦 FriedmanJM 牞 BarosA 牞 DelaneyAD 牞 etal.oligonucleotide microarayanalysisofgenomicimbalanceinchildrenwith mentalretardation.amjhumgenet 牞 2006 牞 79 牗 3 牘牶 犤 60 犦 VermeeschJR 牞 FieglerH 牞 deleeuwn 牞 etal.guidelinesfor molecularkaryotypinginconstitutionalgeneticdiagnosis.eurj HumGenet 牞 2007 牞 15 牗 11 牘牶 犤 61 犦 FanYS 牞 JayakarP 牞 ZhuH 牞 etal.detectionofpathogenic genecopynumbervariationsinpatientswithmentalretardation bygenomewideoligonucleotidearaycomparativegenomic hybridization.hummutat 牞 2007 牞 28 牗 11 牘牶 ( 收稿日期 : 修回日期 : ) ( 本文编辑 : 张崇凡 )