基因芯片在产前诊断中的应用进展

基因芯片在产前诊断中的应用进展
作者：于璐王琳琳
来源：《中国现代医生》2013年第14期
[摘要] 产前诊断是一种预防遗传病胎儿出生的主要途径，其最先进的诊断手段是基因诊断。

基因芯片技术应用于产前胎儿基因诊断，对提高人口素质具有重大意义。

基因芯片是近些年高新技术领域的重大研究进展，该技术综合了微电子学、物理学和分子生物学的技术原理和优势，现已成为人们准确获取相关信息的手段之一。

[关键词] 基因芯片；产前诊断；应用进展
[中图分类号] R714.5 [文献标识码] A [文章编号] 1673-9701（2013）14-0021-02
产前诊断是预防遗传病患儿出生的主要途径。

产前诊断的方法主要有B超等仪器检测胎儿外形、直接采取胎儿的组织或羊水检测及检测母体血液三大类，其中通过检测母体血液中部分胎儿基因的方法无疑是方便快捷且准确度高的可靠方法。

基因芯片是一种基础生物芯片技术，也称为DNA微阵列，是近些年高新技术领域的重大研究进展。

研究证实，基因芯片检测技术的灵敏度比核型分析高100多倍，它能准确检测出碱基对级染色体重复或缺失，尤其是染色体微缺失、重复综合征[1]。

有研究表明核型分析可导致由CNVs（染色体拷贝数异常）引起的疾病[2]，所以，基因芯片检测方法是首选，它自动化程度非常高，现已开始广泛应用于产前诊断中，本文就产前诊断中基因芯片的应用情况进行详细论述。

1 基因芯片的发展与分类
基因芯片的出现具有时代特征，是近些年高新技术领域的重大研究进展，该技术综合了微电子学、物理学和分子生物学的技术原理和优势，现已成为人们准确获取相关信息的手段之一。

基因芯片研制原理在于应用集成电路微阵列技术在固相支持物（硅片、玻璃、尼龙膜等）的表面规律性合成几万个不同基因的“探针”（也可液相合成探针后通过点样器规律地在固相支持物的表面点样），之后将待研究的样本中已经使用荧光物或同位素标记的DNA、RNA、cDNA与探针进行核酸互补杂交，最后利用聚焦显微镜或放射自显影扫描监测杂交信号并分析获取样品分子数量与序列信息，该技术可以一次分析检测大量核酸分子[3]。

Solinas等在近几年建立了微阵列比较基因组杂交（GGH）技术，其技术原理是采用不同的荧光染料对等量的待检测样本DNA与正常基因组DNA进行分别标记，然后与来源于已知基因的探针在玻璃片上进行杂交，选取非编码区域，最后判断基因组特定位置拷贝数是否异常的依据是待测样本荧光强度的比率[4]。

该技术将基因芯片与CGH技术优势相结合，大大提高了检测分辨率，在精准检测染色体非整倍性的同时还能检测到微小扩增或缺失，从而使其应用范围更广泛。

基因芯片不同分类为：①按照片基划分：有机合成片基芯片与无机片基芯片；②按应用划分：诊断芯
片、表达谱芯片、检测芯片；③按结构划分：寡核苷酸芯片与DNA阵列；④按制备方法划分：合成交联芯片与合成芯片[5]。

2 产前诊断的基因芯片构建
基因芯片差异与探针组成密切相关。

因此靶序列设计时要排除某些与临床关系还不确定的染色体，并且要涵盖已经明确与表型异常有关的染色体[6]。

探针可以是30～50 bp寡核苷酸片段或BAC（细菌人造染色体）150～750 bp的DNA片段。

寡核苷酸微阵列检测灵敏度比较高，在产前诊断上应用更多[7]。

BAC周期短，可以用FISH检测法验证。

部分微阵列开始尝试使用SNPs替代正常单个DNA序列构建探针。

探针高密度或包含所有染色体的序列有时会检测到某些临床意义不明确的CNVs。

CNVs指的是染色体中某个区域碱基与正常有明显异常，增多则成为3倍体，缺失则形成单倍体。

实际上，多数小范围的CNVs是良性的，也有一部分CNVs是致病性的，通常来说，异常碱基数超过1Mb后疾病发生率较高，低密度序列疾病发生率则明显降低[8]。

目前，研究者们还在探索更加理想的检测微阵列，避免出现产前诊断似是而非的结论，为临床是否需要终止妊娠提供依据。

3 基因芯片技术在产前疾病诊断中的应用进展
目前，基因芯片应用于产前诊断还处于探索阶段，尚缺乏具体的操作指南，但在产科某些临床诊断中已经越来越显示其优势。

3.1 基因芯片评估超声诊断
该技术能检查孕妇和胎儿健康状况或异常结构。

这些异常结构多位于泌尿生殖系统、中枢神经系统、心脏和肾脏，与传统细胞遗传学、FISH检测法相比，基因芯片技术更具优势。

临床上基因芯片技术对胎儿至关重要的染色体CNVs的诊断阳性率可达5%～6%，而核型分析对其诊断阳性率仅为1%～1.5%[9]。

基因芯片技术对胎儿结构异常的诊断阳性率比核性分析诊断的阳性率高1%～3%。

Lu等研究638例异常结构的胎儿发现，17.1%的患儿检测结果表明存在CNVs，非整倍染色体仅为2.6%[10]。

基于此原因，专家建议在超声诊断结构异常的病理时，最好做微阵列进一步检查，以确诊是否确实存在异常结构。

3.2 基因芯片确定标记染色体
标记染色体的基因内容和起源决定其表现型。

以往常规的检测方法难以完全确定基因的内容和起源。

FISH法在确定基因起源相关背景的情况下能鉴定其起源，而微阵列分析可以鉴定其内容和起源两个指标[11]。

3.3 基因芯片死胎评估
在临床上，不仅35%～40%的死胎有异常结构，而且5%左右结构正常的死胎有异常核型，这些病例的核型分析结果往往不理想，组织培养成功率较低，因此需要评估这些病例。

Raca等研究报道称已经使用微阵列分析技术成功检测了15例异常表现型的死胎，而这些病例不能采用核型分析[12]。

4 产前疾病诊断中应用基因芯片技术的优劣
4.1 优势
与传统核型分析相比，基因芯片技术最大优势在于分辨率高，在某些重要结构异常的临床检测中具有非常高的敏感性。

此外，基因芯片技术还有检测周期短的优势，从样本收集到得出结论的时间明显缩短[13]。

现在，核型分析周期为1～2周（需要先进行细胞培养），而基因芯片技术因为无需细胞培养，可以直接从绒毛和羊水中分离出足够的DNA，由于这项技术采用自动化检测，检测周期大大缩短。

4.2 劣势
虽然该项技术对DNA片段丢失或扩增的检测敏感性很高，但也存在不足，如不能完全确定缺失或扩增的准确位置和大小，对低水平镶嵌的检出率约为10%，明显低于核型分析30%～40%的检出率[14]。

此外，基因芯片对发现的一些异常结果不能确定其临床价值[15，16]。

即使很多检测结果经过经验积累可判断是病理性还是良性的，在产前诊断中很多检测结果由于表达的不完全外显性和不稳定型还不能很好地被解释清楚[17，18]。

5 小结
基因芯片技术在产前疾病诊断中具有极高的应用价值，越来越多的研究者开始关注其理论与实践。

虽然基因芯片以其独特的技术优势已经取得长足发展，并广泛应用于各个领域，但仍然存在许多有待研究的技术问题，如芯片检测的重复性、特异性、灵敏度、定量和芯片标准化等。

我们有理由相信基因芯片技术定会随着生物信息学的发展而不断改进和完善，在产前诊断中可以发挥更重要的作用，必将为提高人口素质提供更多的方便。

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（收稿日期：2013-03-22）。