染色体微阵列技术在神经遗传病诊断的应用
211081156_染色体微阵列技术及全外显子测序在先心病产前诊断中的应用价值
·专家论坛·《中国产前诊断杂志（电子版）》 ２０２３年第１５卷第１期染色体微阵列技术及全外显子测序在先心病产前诊断中的应用价值廖灿 （广州医科大学附属广州市妇女儿童医疗中心产前诊断中心，广东广州 ５１００００）【摘要】 先天性心脏病（简称先心病）是最常见的一类出生缺陷疾病，先心病患者合并心外畸形和神经发育障碍的风险通常会增加。
因此，揭示胎儿先心病的遗传学病因，对于临床产前诊断以及遗传咨询非常重要。
目前染色体微阵列分析技术已常规用于产前诊断胎儿先心病；全外显子测序技术正被越来越广泛地应用于结构异常胎儿，包括先心病胎儿的产前诊断。
本文系统归纳了近年来染色体微阵列分析及全外显子测序技术在先心病产前诊断中的应用价值，为进一步临床推广提供参考。
【关键词】 先天性心脏病；产前诊断；染色体微阵列分析；全外显子测序【中图分类号】 Ｒ７１５．５ 【文献标识码】 Ａ犇犗犐：１０．１３４７０／ｊ．ｃｎｋｉ．ｃｊｐｄ．２０２３．０１．００２ 通信作者：廖灿，Ｅｍａｉｌ：ｃａｎｌｉａｏ６００８＠１６３．ｃｏｍ基金项目：十四五国家重点研发计划项目（２０２１ＹＦＣ２７０１００２） 先天性心脏病（ｃｏｎｇｅｎｉｔａｌｈｅａｒｔｄｅｆｅｃｔ，ＣＨＤ）简称先心病，是最常见的一类出生缺陷疾病，每１０００名活产婴儿中约有１０名（～１％）患病受累［１］。
根据患病率排序，最常见的先心病类型依次为室间隔缺损（３．０７‰）、房间隔缺损（１．４４‰）、动脉导管未闭（１‰）、肺动脉狭窄（０．５５‰）、法洛四联症（０．３６‰）、大动脉转位（０．３‰）、房室间隔缺损／主动脉缩窄（０．２９‰）［２］。
先心病的病因复杂，包括染色体异常、单基因疾病、表观遗传改变、环境因素、多基因因素、母亲年龄或疾病等［３，４］。
遗传和表型的异质性以及可变外显率，增加了先心病遗传学诊断的复杂性。
由染色体非整倍体所导致的先心病约占１３％，染色体缺失重复，即拷贝数变异（ｃｏｐｙｎｕｍｂｅｒｖａｒｉａｎｔ，ＣＮＶ）约占１０％，单基因疾病变异约占１１％，环境因素约占１０％，其余约５５％仍病因不明［５］。
2023年版染色体微阵列分析技术在产前诊断中的应用指南解读ppt课件
技术成本高
数据解读复杂
染色体微阵列分析技术依赖于高通量 测序仪器和专业的生物信息学分析， 技术成本相对较高。
该技术产生大量的基因组数据，解读 这些数据需要专业的生物信息学知识 和经验，对医生和实验室的要求较高 。
检测范围有限
虽然染色体微阵列分析技术可以检测 微小的拷贝数变异，但对于某些点突 变和复杂的基因重排，该技术可能无 法准确检测。因此，在产前诊断中， 染色体微阵列分析技术不能完全替代 传统的细胞遗传学方法和其他分子遗 传学技术，而应作为这些方法的补充 和完善。
早期的染色体微阵列分析技术主要基于比较基因组杂交芯片 （aCGH），它通过将待测样本与参照样本进行杂交，来检 测染色体变异。
第二代技术
随着技术的发展，出现了基于单核苷酸多态性芯片（SNP array）的染色体微阵列分析技术。该技术不仅能够检测染色 体拷贝数变异，还能够检测单亲二倍体（UPD）和三倍体等 复杂遗传事件。
高分辨率
01
染色体微阵列分析技术可以检测染色体上微小的拷贝数变异，
分辨率远高于传统细胞遗传学方法。
快速准确
02
该技术无需细胞培养，直接对DNA进行测序，大大缩短了诊断
时间，并提高了准确性。
能够发现新的遗传变异
03
通过分析全基因组序列，该技术有可能发现以前未知的与疾病
相关的遗传变异。
染色体微阵列分析技术的局限性
。
成功案例分析
1 2
案例一
通过染色体微阵列分析技术，成功诊断出胎儿携 带的某种遗传性疾病，及时进行了医学干预，保 障了母婴健康。
案例二
在产前诊断中，通过该技术发现了染色体异常， 避免了潜在的高风险妊娠，实现了优生优育。
3
案例三
染色体微阵列分析2篇
染色体微阵列分析2篇第一篇:染色体微阵列分析随着基因组学和分子遗传学的发展，微阵列技术已成为一种有效的全基因组高通量分析方法，在癌症、生殖、遗传、神经系统和免疫学等领域应用广泛。
其中染色体微阵列也是微阵列技术中的一种，它可以检测染色体上的微缺失和微扩增，对染色体异常病人的筛查和诊断有重要作用。
染色体微阵列的原理是利用纯化的DNA样品在基因芯片上进行杂交反应，比较其与正常对照DNA样品的相对强度。
正常对照DNA被添加到反应中可减少混杂物的影响，从而使测试结果更可靠。
如果染色体存在缺失或扩增，相应的染色体区域的荧光强度比正常对照DNA低或高。
通过分析芯片上每个点芯片的荧光强度，确定染色体区域的突变类型和位置，从而检测染色体的异常。
染色体微阵列技术可以检测染色体全基因组或特定区域的微偏差，包括拷贝数变异和基因重排。
拷贝数变异是指基因拷贝数发生变化，包括基因微缺失、基因微扩增和复杂基因扩增。
基因重排是指染色体片段重排到非正常位置，包括倒位、平衡易位、不平衡易位等。
这些突变类型都会对基因和蛋白质的表达产生影响，进而引起多种疾病。
染色体微阵列技术的应用主要集中在遗传和神经系统疾病的诊断和研究上。
比如，常见的染色体工程疾病如唐氏综合症、爱德华综合症和帕特劳症都可以通过染色体微阵列技术检测。
此外，染色体微阵列技术还可以用于癌症的早期诊断和预后评估，以及肿瘤基因组学研究中。
虽然染色体微阵列技术已经成为一种成熟的高通量分析方法，但是仍然存在一些问题。
比如，一些较大的CNV（拷贝数变异）和基因重排可能不会被检测到；基因微缺失或微扩增可能与染色体上的一些重复序列混淆，使结果解释有误；此外，由于样品处理、芯片制作和信号分析存在误差，结果可能出现假阳性或假阴性。
总体来说，染色体微阵列技术是一种有效的检测染色体异常的方法，尤其适用于遗传和神经系统疾病。
随着技术的进步和不断地优化，相信染色体微阵列技术将在未来更广泛应用，为疾病诊断和治疗带来更多的帮助。
染色体微阵列分析对智力障碍发育迟缓患儿病因检测的应用
安徽卫生职业技术学院学报2021年20卷第2期・121・染色体微阵列分析对智力障碍/发育迟缓患儿病因检测的应用汤镇川童光磊李红周陶成徐艳红[中图分类号】R749.94【文献标识码】A【文章编号】1671-8054（2021）02-0121-04【摘要】目的：探讨染色体微阵列分析对不明原因ID/DD患儿遗传学病因检测的应用价值。
方法：收集安徽省儿童医院就诊的不明原因ID/DD患儿共149例，通过染色体微阵列技术对患儿进行拷贝数分析，并整理相关临床资料。
结果:在149例患儿中，检测出致病性CNV共36例，阳性率24.2%,临床意义不明CNV共48例，占32.2%,可能致病性CNV有6例，良性CNV28例，可能良性CNV8例，阴性23例。
其中有26例属于已知明确的微重复/微缺失综合征，包含2例罕见Kleefitra综合征。
结论:CMA作为具有高通量、高分辨的一线分子遗传学的诊断技术,在临床上的诊断率远高于传统细胞遗传学诊断技术，对于所有ID/DD的儿童，应将CMA检测作为第一临床诊断测试。
【关键词】染色体微阵列分析ID/DD微重复/微缺失病因学智力障碍（ID）/发育迟缓（DD）是儿童康力（ADL）则通过婴儿-初中学生社会生活能力量复学科临床诊治中最为多见的疾病之一,严重影响儿童的身心健康。
全球人口中发病率约占3%,而中国的发病率约为0.9%,其中年龄在6岁以下的就有95.4万人切。
其特征表现为在18岁之前,智力能力落后同阶段的儿童且在两项或多项适应性技能方面（例如自我护理，沟通技能，解决问题和逻辑思维）存在极大限制闵。
国内大多数ID/DD儿童因为病因不明而延误了最佳康复治疗时期。
染色体微阵列分析（CMA）是目前国际公认用于不明原因ID/DD儿童的一线诊断方法，有别于传统的细胞遗传学诊断方法囱。
它能为ID/DD遗传病因学上的精准诊断提供更高的分辨率，检测到基因拷贝数异常（CNV），从而发现各种CNV导致的微缺失或微重复综合征，给病因诊断带来新的进展。
染色体微阵列分析技术在胎儿遗传病诊断中的应用
·综述·《中国产前诊断杂志（电子版）》 ２０１６年第８卷第３期染色体微阵列分析技术在胎儿遗传病诊断中的应用顾莹１ 黄欢２ 孙丽洲２（１．连云港市妇幼保健院生殖遗传科，江苏连云港 ２２２００６；２．江苏省妇幼保健院产科，江苏南京 ２１００３６）【摘要】 染色体微阵列分析（ｃｈｒｏｍｏｓｏｍａｌｍｉｃｒｏａｒｒａｙａｎａｌｙｓｉｓ，ＣＭＡ）技术是一种通过对染色体进行全基因组扫描，发现染色体组的数目和结构异常的检测技术。
ＣＭＡ以其高分辨率、高效率、高自动化操作等优点，不仅能有效检测传统核型分析技术所能检测的染色体数目异常及非平衡性结构异常，还能检测染色体组亚显微结构水平上不平衡重排引起的拷贝数变异（ｃｏｐｙｎｕｍｂｅｒｖａｒｉａｔｉｏｎ，ＣＮＶ），成为现代临床遗传学常规诊断工具，并被引入到产前胎儿遗传疾病检测中。
本文将就产前胎儿遗传病、胎儿遗传病检测的技术回顾、ＣＭＡ技术的发展及在胎儿遗传病检测中的应用、优势和面临的挑战等做一个详细的综述。
【关键词】 染色体微阵列分析；产前诊断；遗传病；遗传咨询【中图分类号】 Ｒ７１４．５３ 【文献标识码】 Ａ犱狅犻：１０．１３４７０／ｊ．ｃｎｋｉ．ｃｊｐｄ．２０１６．０３．０１１ 遗传病指人体遗传物质（包括细胞核ＤＮＡ和核外线粒体ＤＮＡ）发生变异或可遗传性修饰而导致的疾病，可由亲代遗传给子代，故称遗传病。
在产前胎儿检测的遗传性疾病中主要包括染色体病、基因病、线粒体病等。
目前已发现的人类染色体异常超过１００００种［１］，主要包括数目异常，如唐氏综合征２１号染色体比正常多一条，女性先天卵巢发育不全缺少一条Ｘ染色体；部分染色体大片段结构变异，罗氏易位等；染色体亚显微结构的微缺失或重复，如１７ｑ２１．３１微缺失综合征和２２ｑ１ｌ．２微重复综合征。
染色体病对胎儿的危害尤其巨大，除极少数三体和性染色体异常可以存活下来，大多数的染色体数目异常均以流产、死胎而告终，而染色体结构异常则是引起新生儿出生缺陷非常重要的原因，包括智力低下、发育迟缓、多器官畸形等［２］，而目前尚无有效的治疗措施，因此需要及早准确检测和积极干预。
染色体微阵列分析技术(CMA)在产前诊断中的应用
基因组印记异常的案例分析
总结词
基因组印记异常是指基因组中某些基因的印记表达异 常，可能导致胎儿发育异常或疾病，CMA技术有助于 发现基因组印记异常。
原理
通过微阵列芯片与待测样本DNA进行 杂交，检测基因组中碱基序列的变异， 并将变异结果进行高分辨率的定位和 识别。
CMA技术的优势和局限性
优势
高分辨率、高灵敏度、高特异性、快速检测、可检测多种染色体异常和基因组变异。
局限性
无法检测染色体结构异常、无法检测单基因遗传病、无法检测线粒体基因组变异、存在假阳性或假阴性的可能。
印记异常研究
CMA技术能够用于印记异常 的深入研究，为疾病发病机 制和遗传学研究提供有力支 持。
03
CMA技术在产前诊断中的临床 价值
提高产前诊断的准确性和可靠性
CMA技术通过高分辨率的微阵列芯 片，能够检测到染色体的微小变异， 包括拷贝数变异和单核苷酸变异，从 而提高了产前诊断的准确性。
与传统的染色体核型分析相比，CMA 技术具有更高的灵敏度和特异性，能 够更准确地检测出染色体异常，避免 了漏诊和误诊的情况。
降低假阳性率和假阴性率
CMA技术能够更准确地检测出染色体 异常，从而降低了假阳性率和假阴性 率，避免了不必要的侵入性产前诊断 和终止妊娠。
CMA技术可以检测到染色体的微小变 异，而传统的染色体核型分析可能无 法检测到这些变异，因此CMA技术能 够更全面地评估胎儿的染色体异常风 险。
为遗传咨询和生育建议提供依据
CMA技术能够检测出罕见疾病， 如肌萎缩侧索硬化症、脊髓性肌 萎缩症等。
2023年版染色体微阵列分析技术在产前诊断中的应用指南ppt课件
技术优势与局限性
局限性-数据分析复杂性：产生大量的数据需要进行专业的生物信息学分析，对 数据解读和结果判断有一定的难度。
请注意，该扩展结果仅提供了染色体微阵列分析技术的概述部分，包括技术原理 、技术发展历程和技术优势与局限性。在实际应用中，还需进一步了解技术操作 细节、数据分析方法以及在产前诊断中的具体应用案例等内容。
分析总结
该案例展示了染色体微阵列分析技术与其他诊断技术联合应用的优势。在临床实践中，综合运用多种 诊断技术，可以更全面、更准确地评估胎儿的健康状况，为孕妇和家庭提供更全面的遗传咨询服务。
05
前景展望与未来研究 方向
技术改进与优化方向
提高分辨率和检测灵敏度
通过优化实验设计和分析算法，提高染色体微阵列分析技术的分辨 率和检测灵敏度，以更准确地检测染色体变异和基因缺陷。
探针杂交和信号检测
该技术利用特定设计的探针与样本DNA进行杂交，通过检测 杂交信号来识别染色体上的变异。
技术发展历程
1 2 3
第一代技术出现
早期的染色体微阵列分析技术主要基于比较基因 组杂交（CGH）原理，用于检测全基因组的拷贝 数变异。
第二代技术革新
随着技术的发展，出现了基于单核苷酸分辨率的 技术，如单核苷酸多态性（SNP）微阵列，提高 了分辨率和检测精度。
VS
分析总结
该案例提示，虽然染色体微阵列分析技术 具有高分辨率，但面对复杂染色体变异时 ，解读结果仍具有一定的挑战性。需要结 合其他临床信息和专业遗传咨询，进行综 合判断和决策。
案例三：与其他诊断技术的联合应用
案例描述
一位孕妇同时接受了染色体微阵列分析技术和超声检查，两者结果相互印证，更全面地评估了胎儿的 遗传和发育状况。
染色体微阵列分析报告
染色体微阵列分析报告引言染色体微阵列是一种用于研究基因组改变的方法，它可以同时分析多个基因座的拷贝数变异。
本文档将介绍染色体微阵列分析的原理、实验流程以及结果分析。
方法样本准备从病人体内获取染色体样本，例如血液、组织等，进行细胞培养和染色体提取工作。
微阵列实验将提取得到的染色体样本进行荧光标记，并与已知引物探针进行杂交。
然后使用染色体微阵列芯片进行读取和扫描，获取到每个基因座的信号强度。
数据分析根据信号强度，使用专门的数据分析软件对微阵列数据进行处理和分析。
常见的分析方法包括拷贝数变异分析、基因座关联分析等。
结果拷贝数变异分析根据微阵列数据，可以获得每个基因座的信号强度，从而推断拷贝数变异的情况。
拷贝数增加或减少可能与一些疾病相关。
基因座关联分析通过比较不同基因座之间的信号强度，可以发现它们之间的关联性。
这有助于理解基因座之间的相互作用和调控机制。
结果解读根据拷贝数变异分析和基因座关联分析的结果，可以得出一些结论。
例如，某个基因座的拷贝数增加与某种疾病的发病风险增加有关等。
结论染色体微阵列是一种有效的分析基因组改变的方法。
通过对微阵列数据的处理和分析，可以获得有关基因座的拷贝数变异和关联性的重要信息。
这对于研究疾病的发病机制和个体的遗传特征具有重要意义。
参考文献： 1. Smith A, et al. (2005). Microarray analysis of human copy number variants. 2. Johnson B, et al. (2007). Association mapping in structured populations.。
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分类
神经系统遗传病分为四大类 4. 染色体病 染色体数目&结构异常所致 先天愚型体细胞中多一个21号染色体(21三体)
染色体微缺失或微重复
症状 体征&诊断
1. 神经系统遗传病症状体征多样 包括共同性&特征性症状
(1) 共同性症状&体征
智能发育不全\痴呆&行为异常 语言障碍\痫性发作&眼球震颤 不自主运动\共济失调&行动笨拙 瘫痪\肌张力增高\肌萎缩&感觉异常 面容异常\五官畸形\脊柱裂&弓形足 指趾畸形\皮肤毛发异常&肝脾肿大
常用的检测方法
染色体数量&结构 \DNA分析 \基因产物检测
染色体检查: 数目异常&结构畸变 染色体>&<23对 染色体断裂后导致缺失\倒位\重复\易位等畸变 检查: 先天愚型患儿&双亲 精神发育迟滞伴体态异 常 多次流产的妇女&丈 夫 生过先天畸形病儿的
双亲
遗传病诊断
可检出
DNA缺失\重复
(4) 遗传物质&基因产物检测
DNA双螺旋结构模型; 第一代测序技术
第二代、第三代、第四代测序技术
遗传学发展史
1956年 1970年 1980年 1986年 1992年 1997 年
• 确认正常人体细胞有46条染色体
• 染色体带型显现技术出现。
• 染色体高分辨率分析技术出现
• 荧光原位杂交技术( FISH )应用于染色体分 析
神经遗传代谢病？
同胞或近亲中发现相同类型的神经性疾病 复发性、发作性意识障碍 不能解释的痉挛步态、小脑共济失调和锥体外系异常综合
征症状 进行性发展的神经性疾患 一个同胞或近亲有精神发育不全 不伴先天躯体异常的精神发育迟缓
分类
神经系统遗传病分为四大类
1. 单基因遗传病
单个基因发生碱基替代\插入\缺失\重复\动态突变 引起的疾病
症状体征&诊断
1. 神经系统遗传病症状体征多样
(2) 特征性症状&体征
肝豆状核变性 --K-F环
黑矇性痴呆 --眼底樱桃红斑
共济失调毛细血管扩张症 --结合膜毛细血管扩张
结节性硬化症 --面部血管纤维瘤
结节性硬化症
。
神经系统遗传病诊断
❖ 根据病史\症状\体征\常规辅助检查等 ❖ 遗传学诊断可提供重要证据
同 (如家族性甲状腺功能减退 症)
概念
神经系统遗传病可在不同时期发病
出生后--半乳糖血症&先天愚型 婴儿期--婴儿型脊肌萎缩症 儿童期--假肥大型肌营养不良 少年期--肝豆状核变性\少年型脊肌萎缩症 青年期--腓骨肌萎缩症 成年期--强直性肌营养不良 成年后期--遗传性共济失调 老年期--橄榄脑桥小脑萎缩 大多数神经遗传病在30岁前发病出现症状
染色体微阵列技术
(chromosomal microarray analysis, CMA)
在神经遗传病诊断的应用
概念
是生殖细胞&受精卵遗传物质数量\ 结构&功能 改变, 发育个体出现神经系统功能缺损表现
遗传性 ➢ 与胎儿在母体受到风疹病毒感染, 引起先天性
心 脏病不同 ➢ 与环境因子引起家族性疾病不
遗传方式
常染色体显性 常染色体隐性 X连锁隐性 X连锁显性 动态突变性遗传
分类
神经系统遗传病分为四大类
1. 单基因遗传病
常见的单基因遗传病 假肥大型肌营养不良 脊髓小脑性共济失调 腓骨肌萎缩症 肝豆状核变性
肝豆状核变性 13q14.3-q21.1染色体
ATP7B基因突变所致
(编码铜转运ATP酶β多肽) 导致铜代谢性障碍
➢ 系谱分析 ➢ 染色体检查 ➢ DNA分析
遗传病诊断
(1) 搜集临床资料
发病年龄\性别 独特的症状&体征,：如K-F环\眼底樱桃红斑
\皮肤牛奶咖啡斑(神经纤维瘤病)等 (2) 系谱分析 是否为遗传病? 为单基因\多基因\线粒体遗传病? 根据有无遗传早现现象推测是否为动态突变病
遗传病诊断
(3) 常规辅助检查(生化\电生理\影像学\病理)
假肥大型肌营养不良: 血清肌酸激酶↑ 肝豆状核变性: 血清铜\铜蓝蛋白(CP);↓尿铜排泄↑ 遗传性肌阵挛性癫痫: EEG & EMG特征 结节性硬化症\脊髓小脑性共济失调\OPCA:
头部MRI 腓骨肌萎缩症: 神经活检等
遗传病诊断
(4) 遗传物质&基因产物检测
\点突变 是否带致病基因
诊断对象—
常用的检测方法
有症状患者
2) 基因诊断: 用于单基因遗传病
症状前患者 隐性遗传病
➢ 检测假肥大型肌营养不良\家族性ALS 基因携带者
等基因突变&连锁分析. 采用:
高危胎儿
◙ Southern杂交法(产前诊断)等源自◙ 聚合酶链反应(PCR)法
◙ 限制性酶切片段长度多态性分析(RFLP)
❖ Locus-specific FISH ❖ Chromosome genome painting ➢PCR, Southern, Northern blots, etc. ➢DNA 测序技术 ❖ First-generation-Sanger method ❖ Novel sequencing techniques ➢ CMA芯片技术
遗传病诊断
(4) 遗传物质&基因产物检测
常用的检测方法
基因产物检测: ➢ 免疫技术--对已知基因产物的遗传病进行蛋白分析 ➢ 肌活检--假肥大肌营养不良症 ➢ 免疫法--测定肌细胞膜抗肌萎缩蛋白
(dystrophin) 含量
百年基因,十年测序
坚信“遗传因子”的存在， 奠定近现代遗传学的基础
探明了基因的一系列遗传变异规律
• 比较基因组杂交( comparative genomic hybridization, CGH)技术应用在染色体上
• 染色体微阵列分析技术( chromosoma lm icroarray ana lysis, CMA）
遗传物质的检测手段
➢ 核型分析Karyotyping ➢荧光原位杂交 Fluorescence In Situ Hybridization (FISH)
植烷酸贮积病(Refsum病)
植烷酸-CoA-羟化酶基因突变
分类
神经系统遗传病分为四大类 2. 多基因遗传病
一个以上基因突变的累加效应, 与环境因素相 互作用所致
癫痫\偏头痛\脑动脉硬化症等 常见的神经系统多基因遗传病
分类
神经系统遗传病分为四大类 3. 线粒体遗传病
线粒体DNA突变所致, 为母系遗传 线粒体肌病 线粒体脑肌病