全基因組芯片掃描技術(shù)助力自閉癥研究
自閉癥又稱孤獨(dú)癥，是一種毀滅性的神經(jīng)系統(tǒng)失調(diào)導(dǎo)致的發(fā)育障礙，這種疾病被認(rèn)為是目前世界范圍內(nèi)影響兒童zui嚴(yán)重的公共健康問題之一。
對(duì)于此類智力落后相關(guān)的復(fù)雜性疾病成因，常常需要進(jìn)行多方面多因素分析，基因組拷貝數(shù)變異（copy number variations, CNVs）就是其中的致病原因之一?；蚪M拷貝數(shù)變異CNVs是指染色體某段區(qū)域發(fā)生的重復(fù)（duplication）或者缺失，它與點(diǎn)突變（point mutation）的區(qū)別是前者是基因組某一段區(qū)域發(fā)生重復(fù)或缺失，而后者是基因組某一個(gè)位點(diǎn)發(fā)生變異。
染色體基因芯片分析（Chromosomal Microarray Analysis，CMA）能在全基因組范圍內(nèi)同時(shí)檢測(cè)很多種因染色體拷貝數(shù)變異而導(dǎo)致的疾病，因?yàn)槠渫看?，分辨率高，技術(shù)平臺(tái)日益成熟，目前染色體基因芯片已經(jīng)逐步應(yīng)用于多種疾病的臨床診斷和研究。
來自上海兒童醫(yī)學(xué)中心等處的研究人員收集了多例臨床表現(xiàn)為多發(fā)畸形/不明原因智力落后患者臨床表型的樣品，進(jìn)行高分辨全基因組芯片 （Affymetrix CytoScanHD）檢測(cè)，嘗試揭示這類疾病的致病原因，對(duì)疾病進(jìn)行基因診斷，并詳細(xì)描述了基因芯片原始數(shù)據(jù)分析過程，用以規(guī)范芯片數(shù)據(jù)分析流程。
首先研究人員收集了多發(fā)畸形（是指至少兩個(gè)系統(tǒng)受累，常規(guī)染色體核型分析排除常見的三體綜合癥），以及不明原因智力落后（患者體檢和智力測(cè)定顯示明顯落后于同年齡同性別正常小孩）的患者樣品，通過外周血常規(guī)染色體核型分析，排除常規(guī)染色體核型異常樣品，然后抽取基因組DNA，利用Affymetrix CytoScanHD進(jìn)行染色體基因組芯片分析，芯片產(chǎn)生的Cel原始數(shù)據(jù)用CHAS軟件轉(zhuǎn)換成CYCHP文件，zui后根據(jù)一系列工作流程解釋于臨床。對(duì)于新發(fā)區(qū)域拷貝數(shù)變異，檢測(cè)患者父母的樣本以判定該變異是新生（de novo）變異還是遺傳變異。
Affymetrix Genechip Scaner產(chǎn)生的原始數(shù)據(jù)Cel文件，經(jīng)過Affymetrix自帶軟件AGCC（Affymetrix GeneChip Convert Console）將Cel文件轉(zhuǎn)換成Cychp文件，Cychp文件用Affymetrix自帶軟件CHAS（Chromosome Analysis Suite）分析。通過和各種數(shù)據(jù)庫結(jié)合，每個(gè)患者CNV的性質(zhì)根據(jù)一系列完整的流程zui終分成四類：臨床致病性CNV（Variation of clinic significance, VCS）、臨床可能致病性（Variation of possible significance, VPS）、不能解釋（Variation of unknown,VUS）以及良性CNV（Benign CNV）。
研究人員在31.5%的患者樣品中檢測(cè)出了染色體的異常，其中發(fā)生異常改變zui多的是7號(hào)和17號(hào)染色體。這項(xiàng)研究表明基因組拷貝數(shù)變異是多發(fā)畸形和/或不明原因智力落后患者的主要致病原因之一，利用CytoScanHD芯片檢測(cè)患有此類疾病患者的基因變異，陽性率顯著高于常規(guī)染色體核型分析。
以往經(jīng)典地針對(duì)多發(fā)畸形和智力落后患者的檢測(cè)手段主要是細(xì)胞遺傳學(xué)的方式。細(xì)胞遺傳學(xué)主要研究染色體畸變與遺傳病的關(guān)系，對(duì)于遺傳咨詢和產(chǎn)前診斷具有重要意義。目前主要的研究方法有: 1.染色體核型分析;2. FISH（fluorescence in situ hybridization）技術(shù);3.基因組芯片雜交。
其中基因組芯片雜交技術(shù)是FISH技術(shù)的一大延伸與重大飛躍，它通過單一的一次雜交，可對(duì)某一樣本整個(gè)基因組的染色體拷貝數(shù)量的變化進(jìn)行檢查。
根據(jù)其原理有兩種類型芯片：一種是比較基因組芯片（comparative genomic in situ,CGH），其基本原理是用不同的熒光染料通過缺口平移法分別標(biāo)記患者樣本和正常樣本的DNA制成探針，并與正常樣本染色體進(jìn)行共雜交，以在染色體上顯示的患者與正常對(duì)照的熒光強(qiáng)度的不同來反映整個(gè)患者基因組DNA表達(dá)狀況的變化，再借助于圖像分析技術(shù)可對(duì)染色體拷貝數(shù)量的變化進(jìn)行定量研究,此類技術(shù)以Agilent和Nimblegen為代表;另外一種是基因分型陣列芯片（Genotyping array），其根本原理是不需要正常對(duì)照，它是根據(jù)自身相互間SNP位點(diǎn)對(duì)比，zui后和Hapmap數(shù)據(jù)庫正常人對(duì)比。此類技術(shù)以Affymetrix和Illumina為代表。
基因芯片作為細(xì)胞遺傳學(xué)檢測(cè)手段中的一種，有相對(duì)以往經(jīng)典的遺傳學(xué)檢測(cè)*的優(yōu)勢(shì)：①能在全基因組范圍內(nèi)同時(shí)檢測(cè)很多種因染色體失衡而導(dǎo)致的疾病;②能同時(shí)檢測(cè)到染色體的缺失（deletion）和增加（duplication），并能準(zhǔn)確地測(cè)定其大小;③能檢測(cè)到≥10%水平的嵌合體;④分辨率高，相比傳統(tǒng)核型分析高出近千倍。染色體基因芯片分析檢測(cè)平臺(tái)及技術(shù)日益成熟，已經(jīng)逐步應(yīng)用于多種疾病的臨床診斷和研究，為分子診斷平臺(tái)的完善提供了重要的。
2010年，美國醫(yī)學(xué)遺傳協(xié)會(huì)公布指南，將基因芯片作為不明原因智力落后，多發(fā)畸形不是明確的綜合征，孤獨(dú)癥，發(fā)育遲緩的一線檢測(cè)技術(shù)，而不再是傳統(tǒng)的G顯帶染色體分辨技術(shù)。從這項(xiàng)研究來看，CytoScanHD芯片檢測(cè)的陽性率也比常規(guī)染色體核型分析的陽性率高一個(gè)數(shù)量等級(jí)，F(xiàn)isher's檢驗(yàn)有明顯的統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（p=0.001）。
不過研究人員也指出，傳統(tǒng)核型分析也有它的優(yōu)勢(shì)，基因芯片不能檢測(cè)平衡易位，也不能檢測(cè)倒置，也不能檢測(cè)點(diǎn)突變，同時(shí)還會(huì)檢測(cè)出很多意義不明的拷貝數(shù)變異。而傳統(tǒng)的核型分析可以檢測(cè)平衡易位和倒置。所以也不能*摒棄傳統(tǒng)的染色體常規(guī)檢測(cè)。
目前研究發(fā)現(xiàn)某些疾病與點(diǎn)突變有關(guān)，如很多單基因疾病;而有些疾病與基因組拷貝數(shù)的變化有關(guān)，比如一些三體綜合癥、1q21微缺失綜合征以及Miller-Dieker綜合征等;更多情況下很多復(fù)雜性疾病由點(diǎn)突變和拷貝數(shù)變異共同組成其致病原因，如孤獨(dú)癥，先天性心臟病等。
總而言之，將CMA技術(shù)應(yīng)用于臨床診斷為先天性多發(fā)畸形和智力落后的患者，將會(huì)大大提高分子遺傳學(xué)方法對(duì)這些疾病患者的診斷效率，為患者的病因解釋、個(gè)體化診療和遺傳咨詢等方面給予極大的幫助。
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