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  2. 聯兆新聞

    染色體基因組芯片在兒科遺傳病的臨床應用專家共識

    2017-09-03 12:11     點擊數:976

    在歐美國家,染色體基因組芯片分析(CMA)目前已成為一項常規的臨床遺傳學診斷工具。近幾年我國CMA的臨床應用在逐步推廣,為眾多遺傳病患者提供了精確分子診斷。值得注意的是,由于此項技術是一項復雜的臨床檢測項目,涉及臨床適用指征、芯片要求、實驗流程和質量控制、數據分析、芯片結果驗證、臨床相關性解釋、患者遺傳咨詢及轉化研究等許多重要環節,我國CMA的臨床應用存在諸多不規范行為,因此中國醫師協會醫學遺傳學分會、中國醫師協會青春期醫學專業委員會臨床遺傳學組、中華醫學會兒科學分會內分泌遺傳代謝學組組織專家,對CMA技術各個環節展開交流討論,形成了專家共識,對該技術臨床應用進行規范指導,以期更好地發揮CMA在兒科遺傳病的臨床檢測效果,提高技術操作及數據分析的科學性、準確性、可靠性,為更多地實驗室開展CMA臨床檢測提供指導和依據。另外,特別建議通過專家共識建立公共數據分享平臺,可更好地了解中國人群基因組失衡和臨床表型之間的關系,為CMA檢測結果的臨床解釋提供更為可靠的依據。



    基因芯片種類及原理



    基于設計原理的不同,基因芯片主要有兩大平臺。一種是比較基因組雜交芯片(aCGH),其基本原理是將待測樣本DNA與正常對照樣本DNA分別用不同的熒光標記,通過與芯片上固定探針進行競爭性雜交獲得定量的拷貝數檢測結果;另外一種是單核苷酸多態性微陣列芯片(SNP array),其基本原理是將探針連接在微珠上,然后將攜帶探針的微珠隨機黏附在芯片上,待測樣本DNA和探針進行雜交及單堿基延伸,通過對熒光信號掃描,分析待測樣本CNV及基因型,該平臺在分析患者的基因組時不需要正常對照樣本。通過aCGH技術能夠準確地檢出CNV,而SNP array除了能夠檢出CNV外,還能夠檢測出大多數的單親二倍體(UPD)和一定比例的嵌合體。近年來,兩大平臺技術不斷改進,同時涵蓋CNV和SNP的芯片具備雙重優勢,在檢測的敏感性、特異性、可靠性等方面有了很大改善。



    CMA在兒童遺傳病診斷中的臨床推薦指征




    1推薦指征:


    對以下臨床表型的疾病,建議將CMA作為一線檢測手段:(1)不明原因的智力落后和(或)發育遲緩。(2)非已知綜合征的多發畸形。(3)自閉癥譜系障礙。


    國內外也有臨床研究支持將身材矮小、肥胖、語言發育延遲、癲癇及其他精神神經發育障礙等作為CMA的應用指征。對此我們需要進一步積累臨床數據,以制定相應的指南。


    當某種疾病或綜合征根據臨床評估可能為單和(或)多基因點突變為主的疾病時,CMA不應作為首選檢測方法。



    2CMA檢測的優點:


    (1)可在全基因組范圍內同時檢測多種染色體不平衡導致的遺傳病。(2)可同時檢測染色體缺失和重復,且能比較準確、客觀地界定CNV(區間及大小),而不像核型分析那樣依賴對區帶強度的主觀觀察和判斷。(3)利用SNP array探針平臺可同時檢測雜合性缺失和>10%比例的嵌合體。(4)與核型分析相比,CMA檢測不需要進行細胞培養,分辨率高出近千倍,幾乎可用于任何組織的DNA分析。



    3CMA檢測的局限性:


    (1)不能檢測染色體平衡易位、倒位及復雜性重排。(2)不能檢測出點突變和小片段插入。(3)不能檢測出低比例嵌合體(<10%)。(4)可能檢出臨床意義不明的CNV。


    需要說明的是,沒有一種芯片平臺可檢出某種綜合征的所有相關突變,也無法檢出芯片探針未覆蓋的區域的CNV,且目前CMA技術不能檢測低于探針覆蓋和檢測能力以下的重復和缺失、基因表達異常和甲基化異常。



    4可能的陽性率:


    CMA的檢測陽性率與疾病應用指征、疾病種類和芯片類型有關。

    本多中心臨床研究前期的數據表明:針對智力落后和(或)發育遲緩疾病患者,陽性率約為19.2%,針對多發畸形疾患陽性率約32.6%。此結果與國外的數據基本一致(13%~20%)。



    CMA實驗室檢測流程及質量控制




    1實驗前準備:


    (1)臨床應用芯片的基本參數要求:

    ①芯片探針應涵蓋復發性基因組病及常見微缺失/微重復綜合征區域,并覆蓋亞端粒區域;②全基因組的芯片(非靶向芯片)應可以檢出>400 kb的CNV;③芯片探針應包括能檢出已知印跡區域的純合區(AOH),及能評估血緣關系水平的全基因組SNP探針;④分辨率并非越高越好,需結合臨床設計合適的芯片;⑤對已知致病性基因,在全基因組檢測中需要針對這些基因增加探針密度以提高診斷的敏感性和準確性;⑥針對重復序列,良性的拷貝數多態位點和(或)會呈現假陽性重復或缺失導致不能真實反映樣本CNV的區域,可不設計芯片探針。


    (2)芯片結果的臨床驗證:

    對全基因組CMA檢測的臨床驗證應有別于對單基因病或特定綜合征的檢測方法,要求驗證每一探針的性能是不現實的,也沒有必要。實驗室應根據所選擇的芯片平臺,界定平臺特異性檢測最小變異(CNV,AOH)的能力,進而用攜帶有大于最小變異的陽性樣本進行驗證實驗設計,采用規范的操作流程,以證明平臺檢測CNV及AOH的敏感性、特異性及可重復性。


    (3)受檢樣本的準備:

    CMA檢測的基因組DNA標本來源包括外周血、組織、唾液或口腔黏膜拭子等。不同的組織來源應使用恰當的基因組DNA提取方法并適合不同芯片平臺對濃度和純度的要求。



    2實驗質量控制:


    (1)芯片流程質量控制:根據平臺要求不同,芯片流程質量控制的原則是符合平臺特異性的QC參數。(2)軟件分析:利用與平臺配套的軟件,通過前期驗證制定合適的軟件分析參數設置。軟件的版本及設置需要在實驗室的質量控制報告中明確顯示,以便查詢或重新分析數據時參考。



    分析及解讀報告原則




    1CNV的解讀原則:


    (1)考慮基因組失衡區間的大小。從原則上講,基因組失衡的區間越大,越可能有臨床意義。但人類基因組中也有一些大于1 Mb的非致病性失衡;一些很小的CNV涉及關鍵基因或關鍵基因的一部分,也可能為致病性失衡。(2)考慮所包含及鄰近的基因及數目。從原則上講,失衡區域包含的基因越多,越可能有臨床意義。但包含基因的功能及致病性更為重要。在基因組中已經揭示一些非編碼區域有重要的調控元件,也可能有重要的臨床意義。(3)與數據庫資料進行比較。如:DECIPHER(https://decipher.sanger.ac.uk/)、DGV(http://dgv.tcag.ca/dgv/app/home)、ClinVar(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/clinvar/)、本地數據庫和統一的中國人群CNV數據庫等。正常人群中出現類似的CNV變異越多,顯示其臨床意義良性的可能性就越大,但并不是在正常人群中出現過的變異就一定沒有臨床意義。(4)一般缺失比重復更有臨床意義?;蚪M中也有一些三倍劑量敏感基因具有肯定的致病性。(5)新發(de novo)變異比父母傳遞下來(inherited)的變異更可能具有致病性。但從正常父母傳遞下來的變異不一定沒有臨床意義;從患病的父母一方傳遞下來的變異也不一定致病,需要根據變異區域的劑量、大小、基因及數據庫資料綜合分析。



    2CNV分類:


    依據ACMG指南,建議將CNV分成三大類5級,分類的基本原則如下:(1)致病性CNV:一段缺失或重復與一個已報道的微缺失/微重復綜合征致病區域在位置和大小上匹配,或缺失中包含因單倍劑量不足而致病的基因或基因的一部分,或重復中包含三倍劑量敏感基因的全部(有關單倍劑量不足和三倍劑量敏感基因可查詢ClinGen網站http://www.ncbi.nlm.nih.gov/projects/dbvar/clingen/。另外涉及多個基因的大片段缺失(通常遠大于1 Mb)或重復也為致病性,特別是新發變異。因不完全外顯、表現多樣等原因,相同致病類CNV并不一定導致相同的臨床表型。(2)可能致病性CNV(90%致病可能):一段缺失或重復與一個已報道的致病性缺失或重復有部分重疊,或涉及可疑但并未在疾病致病機制中證實的基因,或涉及的基因雖有支持單倍劑量不足或三倍劑量敏感的證據,但不足以得出肯定結論。(3)臨床意義不明性CNV(VUS):此類變異不符合致病條件也不符合良性條件,文獻報道中的結論尚未一致,暫沒有足夠的證據做肯定的分類。(4)可能良性CNV:含有基因的變異在正常人群中多次發生,但發生率未達1%。(5)良性CNV:涉及的CNV在DGV數據庫或內部數據庫中的發生率>1%;或該CNV已在多個同行審議的出版物或經審校的數據庫(如ClinVar)中報告為良性;或正常人群中有發生,但不到1%的發生率,CNV不包含任何基因或重要的基因組成部分。



    3AOH的解讀原則:


    AOH大致有3種起因:(1)血源同一(IBD):這是由于父母是遠親關系。在基因組中表現為小的AOH分散在少數幾條染色體上面。(2)近親關系:這是由于父母親緣關系較近。在基因組中表現為許多染色體上有較大的AOH片段,純合區總和在基因組中所占比例可以反映親緣關系的程度:25%左右的比例提示一級親緣關系,12.5%左右的比例提示二級親緣關系,6.25%左右的比例提示三級親緣關系。雖然這些AOH本身不致病,但會增加隱性遺傳病的發生風險。對于近親關系也需要做好檢測前后的咨詢。(3)單親二倍體(UPD):這是一類特殊的遺傳現象,是指某一染色體的兩個拷貝均來源于父親或母親。包含異單親二倍體和等單親二倍體兩種情況。CMA只能檢測出等單親二倍體。由UPD引起的AOH一般只發生在一條染色體上面,有時整條染色體表現為AOH,有時因異單親二倍體和等單親二倍體發生在同一染色體上,AOH表現為區域性(segmental UPD)。已知第6、7、11、14、15及20號染色體有印跡致病基因,當AOH發生在這幾條中的一條染色體(較大可能性為UPD)時,該AOH可分類為可能致病,需進一步證實是UPD,并結合臨床表征進行分析。


    對于報告AOH,除了第三類AOH中提到的發生在第6、7、11、14、15及20號染色體上的AOH歸屬可能致病外,其他AOH臨床意義均不明確,應結合臨床表型,尋找隱性致病基因外顯的可能。



    實驗室報告(略)




    遺傳咨詢




    1檢測前遺傳咨詢:


    臨床醫生在開具CMA檢查前,應對監護人詳細告知檢測方法、芯片類型、可檢測的疾病、可能出現的檢測結果。



    2針對檢測報告的遺傳咨詢:


    臨床醫生需針對報告結果給家屬提供準確的遺傳咨詢:(1)基因型與表型的關系,疾病的遺傳方式:將已報道的攜帶類似CNV的患者主要表型與先證者進行對比,了解基因型與表型的關系;從CNV的來源,以及數據庫等綜合信息判斷,解釋先證者CNV的類型。(2)再發風險以及其子代的發生風險評估:根據CNV是否來自父母,或源于父母的染色體平衡易位,評估再發風險。根據CNV的類型,評估先證者子代的發生風險。(3)疾病的自然進程以及必要的預防性措施:對已報道的類似CNV攜帶者文獻進行回顧,將此類患者的疾病進程,可能出現的疾病風險,以及應采取的預防措施告知監護人。(4)產前診斷的方法:對已知的致病性CNV,告知可通過何種方法進行產前診斷及不同方法的優缺點。(5)先證者確診對家族中其他成員的影響,是否有必要對家族中其他成員進行遺傳學檢測,為家族中可能的攜帶者進行遺傳咨詢和必要的遺傳學檢測。


    (余永國 沈亦平 執筆)


    來源:節選自《中華兒科雜志》


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