佳文分享 | 染色体微阵列技术在超声异常胎儿预后评估中的应用

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本文来源：实用妇产科杂志 2018年11月第34卷第11期

作者：李 茹，邓 琼，廖 灿

单位：广州市妇女儿童医疗中心，广东 广州 

先天性结构发育异常在全球足月新生儿中的发病率约为 3%，是出生缺陷疾病的重要组成部分。在产前明确超声结构异常胎儿的病因及发病机制，有助于完善围产期监测和诊疗措施，改善产前发现的超声异常患儿的预后，降低病死率。近年来的研究表明胎儿超声结构异常与染色体拷贝数变异( copy number variations，CNVs) 相关，而染色体微阵列分析( chromo- some microarray analysis，CMA)  技术可检测传统的核型分析无法发现的基因组微缺失或微重复变异，对CNVs 的敏感性极高。逐渐成为超声异常胎儿产前诊断的一线检测的手段。

1.CMA 的定义和分类

CMA 是一种高分辨率、高通量检测人类基因组DNA 拷贝数变异的分子核型分析技术。根据探针类型不同可将 CMA 分为两大类: 基于微阵列的比较基因组杂交( array-based comparative genomic hybridiza- tion，aCGH) 技术和单核苷酸多态性微阵列( single  nu- cleotide polymorphism  array，SNP  array)  技术。二者都能检测拷贝数变异，aCGH 探针选择更灵活，密度更高，主要发现相对较大的缺失或重复的 CNVs，包括整条染色体的复制( 三体) ; 而 SNP 芯片能够检测特定的基因型或相关的等位基因，发现近亲血缘、单亲二倍体( uniparental disomy，UPD) 、三倍体以及低水平的嵌合体。目前应用于产前诊断的主流 CMA 技术已将CNVs 探针和 SNP 探针整合为一体，但是 aCGH 和SNP 芯片都无法检测平衡易位或倒位等基因组平衡的染色体畸变或点突变。

美国医学遗传学会( American College of Medical Genetics，ACMG) 的指南根据 CNVs 的大小、包含基因和文献数据将其分为 3 类: ①致病性 CNVs; ②临床意义不明确( variant of unknown significance，VOUS ) 的CNVs: 可进一步分为可能致病的 CNVs、可能良性的CNVs、未分类不明确的 CNVs; ③良性 CNVs［1］。

2.CMA 在超声异常胎儿中的应用

2. 1CMA 在超声异常胎儿中应用的临床指南

对于产前发现的超声异常胎儿，CMA 是目前最有效的遗传学检测方法。美国医学遗传学会( ACMG) 2011 年更新的指南［1］推荐将 CMA 作为智力障碍、自闭症和多发先天畸形的一线检测方法。美国妇产科学会  ( ACOG) 和母胎医学会( SMFM) 2016 年公布的指南［2］ 推荐对胎儿结构异常行侵入性产前诊断的孕妇，采用CMA 替代传统的胎儿染色体核型分析作为首选的遗传学检测。加拿大医学遗传学会( CCMG) 和加拿大妇产科医师学会( SOGC) 2018 年发布的指南［3］推荐对孤立的结构畸形、多发畸形或 NT 增厚( ≥3. 5 mm) 但快速非整倍体筛查正常的胎儿行 CMA 检查。

2. 2CMA 应用于超声结构异常胎儿

目前关于CMA 技术在超声异常胎儿中应用的研究越来越多，极大的提高了在超声异常胎儿中检测染色体微缺失或微重复综合征的水平，促进了临床诊断和遗传咨询的发展，为临床医师评估超声异常胎儿的预后提供了可靠的依据。综合各类文献显示，当在产前超声检查中发现胎儿异常时，CMA 可在核型正常的胎儿中额外增加 6% ～ 7%的检出率［4］。

超声结构异常胎儿致病性 CNVs 的检出率和其他遗传学信息取决于畸形所涉及的系统。超声发现单 个系统异常时，核型正常的胎儿中可检出 5. 6% 致病性 CNVs; 而合并多个系统异常时，致病性 CNVs 的检出率高达 13. 6%［5］，这说明当胎儿合并多个结构畸形 时更容易检出致病性  CNVs。单个系统的结构畸形合并其他超声异常时，致病性 CNVs 的检出率也会增加， 尤其是合并胎儿生长受限、过度生长( 13. 6%) 或羊水量异常时( 9. 1%) ［6］。与致病性 CNVs 最相关的系统分别是心血管系统( 7%) ，中枢神经系统( 6%) ，胃肠道系统( 7%) 和骨骼肌肉系统( 8%) ［7］。致病性 CNV 检出率较高的畸形( ＞8%) 分别为前脑无裂畸形、小脑发育不全、左心发育不全、唇裂和( 或) 腭裂和脐膨出。与此相反，部分孤立畸形(  室间隔缺损、腹裂、肾缺如和下尿道梗阻) 行 CMA 少见异常结果［3］。

在产前诊断的先天性心脏病( congenital heart dis- ease，CHD) 中，染色体异常的发生率高达 18% ～ 22%。 CMA 不仅可以诊断常见的 21 三体、18 三体等非整倍体异常，还可检出与 CHD 相关的 22 q11. 2 微缺失/ 重复综合征、1 p36 微缺失综合征和 1 q21 微缺失/ 重复综合征等致病性 CNVs，为 15% ～ 20%的胎儿提供额外的诊断信息［7］。与孤立的 CHD 相比，复杂 CHD 的致病性 CNVs 检出率更高，但该差异是否有统计学意义仍存在争议。在各种类型的 CHD 中，流出道异常与致病性 CNVs 关系最为密切，单纯的心脏流出道异常胎儿致病性 CNVs 的检出率可达 30. 0%［5］，而大动脉 转位与内脏异位等虽然罕见染色体异常，但也有检出  相关致病性 CNVs 的报道。而这部分遗传学诊断信息对评估胎儿的预后将至关重要，尤其对临床表型并不 确定的胎儿，影像学结果仅能体现胎儿组织器官的解 剖学异常，对器官功能的判断无从着手，随着外科手 术技术的发展，大多数类型的 CHD 可在出生后行手术恢复正常或接近正常的心功能，但当合并有染色体 部分异常时，胎儿预后的评估将更加复杂，临床医生 还需要详细的了解该致病性 CNVs 的背景知识，包括主要的临床表现、严重程度、不同表型的外显率、表现  度、与该超声结构畸形的对应关系，行 CMA 诊断胎儿的遗传学病因能更好的评估预后和指导围产期的护理。

产前超声可发现胎儿颅内结构畸形，但无法诊断出生时可能出现的神经发育疾病或成年后发病的神经变性疾病。在各类中枢神经系统异常中，致病性CNVs 的检出率最高的疾病分别是后颅窝畸形( 包括Dandy-Walker 畸形和小脑发育不良)  和前脑无裂畸形。相对于预后较为良好的颅内结构异常，如临界的脑室扩张、后颅窝增宽、Blake 囊肿等疾病，遗传学病因的诊断亦对预后的判断很有意义。

先天性泌尿系统畸形可为特定综合征的临床表型之一或具有家族遗传性，但大部分病例为非综合征或散发。产前诊断中发现的与泌尿系统异常最相关的遗传综合征为 17 q12 区域微缺失引起的肾囊肿和糖尿病综合征( renal  cysts  and  diabetes，RCAD) ，50%的病例会有智力发育迟缓、自闭症，甚至有精神分裂症的表现，但在孕期，半数以上的病例仅超声表现为肾脏回声增强和羊水过多，无更有典型意义的超声表现，染色体微阵列技术的临床应用无疑对胎儿的预后的判断起到至关重要的作用。因此，在行 CMA 排除胎儿与致病性 CNVs 相关的遗传性疾病后，可行胎儿MRI 对胎儿肾脏、输尿管及膀胱等泌尿系统进行评估，同时与小儿外科进行多学科合作制定胎儿出生后的诊疗方案。

2. 3CMA 应用于其他超声异常胎儿

胎儿 NT 增厚( ＞3. 5 mm) 不仅提示非整倍体异常( 如 21 三体、18 三体、13 三体和性染色体非整倍体) 风险增加，而且与胎儿遗传综合征和其他结构畸形相关。对 NT 增厚的胎儿行 CMA 的检出率为 2. 5% ～ 10%。单纯 NT 增厚和NT 增厚合并其他畸形的致病性 CNVs 检出率分别为4%和 7%［8］。NT 增厚的胎儿出现心脏畸形、唇腭裂、膈疝和骨骼异常的风险比普通人群要更高。因此，在  早孕期发现胎儿 NT 增厚时，推荐行 CMA 排除染色体微缺失或微重复综合征，中孕期行详细的超声结构筛 查和胎儿超声心动图。

超声软指标异常( 如脉络丛囊肿，心脏或肠管强回声，长骨短，鼻骨缺失，NF 增厚，单脐动脉，肾盂增宽等) 可能是正常变异，随妊娠进展消失或无明确致病表现; 也可能提示染色体非整倍体异常或其他遗传病的风险增加。孤立的超声软指标异常可检出 2. 6% 的致病性 CNVs［9］。但是，胎儿生长受限可能与胎儿染色体异常、母体或胎盘因素有关。孤立的胎儿生长受限与胎儿生长受限合并其他超声异常( 如羊水量或超声软指标异常) 行CMA 后致病性CNVs 的检出率分别为 1. 3%和 5. 7%［8］。因此，对于无明显诱因的胎儿生长受限，推荐染色体微阵列技术的检测拷贝数变异。

2. 4致病性 CNVs 与胎儿超声异常

CMA 检出的致病性 CNVs 可分为 3 类: ①可以解释胎儿超声表现的CNVs( 47%) ; ②神经发育疾病易感 CNVs( 47%) ; ③ 意外诊断的 CNVs( 7%) 。评估预后时需考虑致病性CNVs 的外显率和表现度差异，例如 16 p11. 2 缺失和15 q11. 2 缺失的异常表型外显率分别为 62. 4% 和10. 4%［10］，高外显率的 CNVs 可能是发育异常、智力障碍和结构畸形的主要遗传病因，而低外显率的CNVs 则可能与这些异常无关。对于神经发育疾病易感 CNVs，可能遗传自表型正常父母，但胎儿出生后患病的概率比一般人群要高，评估预后时需审慎。

此外，含有 SNP 探针的染色体微阵列芯片还可检测 UPD，发现有特定超声表现的印迹性疾病，例如 Beckwith-Wideman 综合征和 Russell-Silver 综合征。Russell-Silver 综合征由 7 号染色体母源 UPD 所致，典型的临床表现包括宫内或产后生长发育迟缓，特殊面  容，可合并心脏、骨骼和泌尿生殖系统畸形等，帮助我  们更加深入的了解影像学异常背后复杂的遗传学病因。

目前对许多已知综合征在产前的表型了解仍有限，且综合征表型的多样性和产前超声发现的有限胎儿表型，可能导致胎儿并不一定表现为特定综合征的典型表型，这也强调对超声异常胎儿在全基因组水平筛查具有重大临床意义的 CNVs 的重要性，推荐对所有超声异常胎儿行 CMA 检测。

3.应用 CMA 的临床咨询

基因组检测的复杂性使得在对超声异常胎儿行CMA 前，临床医师需对孕妇及家属进行遗传咨询，让其了解 CMA 技术的优势和局限性。行 CMA 检测前需与孕妇签署知情同意书，告知其可能出现的结果， 如可能检测到多态的 CNVs、致病性 CNVs、VOUS 或与超声异常不相关的 CNVs。

3. 1  仅检测到多态 CNVs 时可排除由基因组拷贝数变异而导致的遗传病，但需向患者说明 CMA 技术的局限性，如无法检出平衡的染色体重组、低比例的嵌合体( ＜10%) 、单基因疾病等。

3. 2 检测到致病性 CNVs 时需告知其对应的遗传综合征或临床相关的致病基因，可能出现的临床表型和存在遗传异质性。若父母有再次妊娠计划，建议父母双方行 CMA 明确该片段为新发还是遗传自父母。若同时检出缺失和重复的致病性 CNVs，则建议父母行核型分析或荧光原位杂交排除染色体相互易位或倒位，评估再发风险。

3. 3    检测到 VOUS 时应建议父母行 CMA，通过评估该片段的大小，包含的相关基因，遗传模式来评估其更可能是良性、致病性或仍不明确。最新的 SMFM 指南建议专家与 VOUS 患者进行遗传咨询时，对现有数据库中发现的所有相关潜在基因型－表型进行回顾和评估［2］。

3. 4  检测到与超声异常不相关的 CNVs( 如迟发性的遗传病或成人期发病的遗传病) 时需根据检测前孕妇及家属的意愿选择是否告知，必要时对孕妇及家庭相关成员行遗传学检测以明确其携带者状态，对再次生育作遗传风险评估。

4.小 结

总而言之，对超声异常的胎儿行染色体微阵列技术能明确与染色体微缺失或微重复相关的遗传学病因，具体检出率取决于所涉及的异常系统的类型和数量。该技术为评估胎儿的预后提供了更多的信息，帮助父母对孕期做出相对理性和明确的决策，同时对患有致病性 CNVs 的胎儿出生后诊疗方案的制定也提供有价值的参考，对父母可能的再生育计划提供科学的遗传学建议，虽然 CMA 检测中可能发现 VOUS 或与超声异常无关的致病性 CNVs，但随着数据的累积和相关数据库的不断完善，这类 CMA 结果的解释和遗传咨询会逐渐规范。近年来，二代测序( next genera- tion  sequencing，NGS)  作为遗传学检测的新技术用于检测单基因突变和拷贝数变异，可能会为超声异常胎儿提供更全面的产前遗传学诊断，更好地评估胎儿的预后。

参 考 文 献

［1］    Kearney  HM，Thorland  EC，Brown  KK，et  al． American  College  of Medical Genetics standards and guidelines for interpretation and re- porting of postnatal constitutional copy  number  variants［J］． Genetics in Medicine，2011，13( 7) : 680－685．

［2］   Committee on  Genetics  Society  for  Maternal-Fetal  Medicine． Commit- tee Opinion  No． 682  Summary: Microarrays  and  Next-Generation  Se- quencing Technology: The Use of Advanced Genetic Diagnostic Tools in Obstetrics and  Gynecology［J］． Obstet  Gynecol，2016，128 (  6 ) : 1462－1463．

［3］   Armour  CM，Dougan  SD，Brock  J，et  al． Practice  guideline: joint  CC- MG-SOGC recommendations for the use of chromosomal microarray a- nalysis for prenatal diagnosis and assessment of fetal loss in Canada

［J］．Journal of Medical Genetics，2018，55( 4) : 215－221．

［4］   Levy  B，Wapner  R． Prenatal  diagnosis  by  chromosomal  microarray  a- nalysis［J］．Fertility and Sterility，2018，109( 2) : 201－212．

［5］   Donnelly JC，Platt LD，Rebarber  A，et  al． Association  of  copy  number variants with specific ultrasonographically detected fetal anomalies

［J］．Obstet Gynecol，2014，124( 1) : 83－90．

［6］   Shaffer LG，Rosenfeld JA，Dabell MP，et al．Detection rates of clinical- ly significant genomic alterations by microarray analysis for specific a- nomalies  detected  by  ultrasound［J］． Prenatal  Diagnosis，2012，32 ( 10) : 986－995．

［7］   Xia  Y，Yang  Y，Huang  S，et  al． Clinical  application  of  chromosomal microarray analysis for the prenatal diagnosis of chromosomal abnor- malities and copy number variations in fetuses with congenital heart disease［J］．Prenatal Diagnosis，2018，38( 6) : 406－413．

［8］   Oneda B，Rauch A．Microarrays in prenatal diagnosis［J］．Best Practice

＆ Research Clinical Obstetrics ＆ Gynaecology，2017，42: 53－63．

［9］    Shaffer  LG，Dabell  MP，Fisher  AJ，et  al． Experience  with  microar- ray-based comparative genomic hybridization for prenatal diagnosis in over  5000   pregnancies［J］． Prenatal   Diagnosis，2012，32 (  10 ) : 976－985．

［10］ Rosenfeld  JA，Coe  BP，Eichler  EE，et  al． Estimates  of  penetrance  for recurrent pathogenic copy-number variations［J］．Genet Med，2013，15 ( 6) : 478－481．

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