基因芯片在產前診斷中的應用進展

[摘要] 產前診斷是一種預防遺傳病胎兒出生的主要途徑，其最先進的診斷手段是基因診斷。基因芯片技術應用于產前胎兒基因診斷，對提高人口素質具有重大意義。基因芯片是近些年高新技術領域的重大研究進展，該技術綜合了微電子學、物理學和分子生物學的技術原理和優勢，現已成為人們準確獲取相關信息的手段之一。

[關鍵詞] 基因芯片；產前診斷；應用進展

[中圖分類號] R714.5 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673-9701（2013）14-0021-02

產前診斷是預防遺傳病患兒出生的主要途徑。產前診斷的方法主要有B超等儀器檢測胎兒外形、直接采取胎兒的組織或羊水檢測及檢測母體血液三大類，其中通過檢測母體血液中部分胎兒基因的方法無疑是方便快捷且準確度高的可靠方法。

基因芯片是一種基礎生物芯片技術，也稱為DNA微陣列，是近些年高新技術領域的重大研究進展。研究證實，基因芯片檢測技術的靈敏度比核型分析高100多倍，它能準確檢測出堿基對級染色體重復或缺失，尤其是染色體微缺失、重復綜合征[1]。有研究表明核型分析可導致由CNVs（染色體拷貝數異常）引起的疾病[2]，所以，基因芯片檢測方法是首選，它自動化程度非常高，現已開始廣泛應用于產前診斷中，本文就產前診斷中基因芯片的應用情況進行詳細論述。

1 基因芯片的發展與分類

基因芯片的出現具有時代特征，是近些年高新技術領域的重大研究進展，該技術綜合了微電子學、物理學和分子生物學的技術原理和優勢，現已成為人們準確獲取相關信息的手段之一。基因芯片研制原理在于應用集成電路微陣列技術在固相支持物（硅片、玻璃、尼龍膜等）的表面規律性合成幾萬個不同基因的“探針”（也可液相合成探針后通過點樣器規律地在固相支持物的表面點樣），之后將待研究的樣本中已經使用熒光物或同位素標記的DNA、RNA、cDNA與探針進行核酸互補雜交，最后利用聚焦顯微鏡或放射自顯影掃描監測雜交信號并分析獲取樣品分子數量與序列信息，該技術可以一次分析檢測大量核酸分子[3]。Solinas等在近幾年建立了微陣列比較基因組雜交（GGH）技術，其技術原理是采用不同的熒光染料對等量的待檢測樣本DNA與正常基因組DNA進行分別標記，然后與來源于已知基因的探針在玻璃片上進行雜交，選取非編碼區域，最后判斷基因組特定位置拷貝數是否異常的依據是待測樣本熒光強度的比率[4]。該技術將基因芯片與CGH技術優勢相結合，大大提高了檢測分辨率，在精準檢測染色體非整倍性的同時還能檢測到微小擴增或缺失，從而使其應用范圍更廣泛。基因芯片不同分類為：①按照片基劃分：有機合成片基芯片與無機片基芯片；②按應用劃分：診斷芯片、表達譜芯片、檢測芯片；③按結構劃分：寡核苷酸芯片與DNA陣列；④按制備方法劃分：合成交聯芯片與合成芯片[5]。

2 產前診斷的基因芯片構建

基因芯片差異與探針組成密切相關。因此靶序列設計時要排除某些與臨床關系還不確定的染色體，并且要涵蓋已經明確與表型異常有關的染色體[6]。探針可以是30～50 bp寡核苷酸片段或BAC（細菌人造染色體）150～750 bp的DNA片段。寡核苷酸微陣列檢測靈敏度比較高，在產前診斷上應用更多[7]。BAC周期短，可以用FISH檢測法驗證。部分微陣列開始嘗試使用SNPs替代正常單個DNA序列構建探針。探針高密度或包含所有染色體的序列有時會檢測到某些臨床意義不明確的CNVs。CNVs指的是染色體中某個區域堿基與正常有明顯異常，增多則成為3倍體，缺失則形成單倍體。實際上，多數小范圍的CNVs是良性的，也有一部分CNVs是致病性的，通常來說，異常堿基數超過1Mb后疾病發生率較高，低密度序列疾病發生率則明顯降低[8]。目前，研究者們還在探索更加理想的檢測微陣列，避免出現產前診斷似是而非的結論，為臨床是否需要終止妊娠提供依據。

3 基因芯片技術在產前疾病診斷中的應用進展

目前，基因芯片應用于產前診斷還處于探索階段，尚缺乏具體的操作指南，但在產科某些臨床診斷中已經越來越顯示其優勢。

3.1 基因芯片評估超聲診斷

該技術能檢查孕婦和胎兒健康狀況或異常結構。這些異常結構多位于泌尿生殖系統、中樞神經系統、心臟和腎臟，與傳統細胞遺傳學、FISH檢測法相比，基因芯片技術更具優勢。臨床上基因芯片技術對胎兒至關重要的染色體CNVs的診斷陽性率可達5%～6%，而核型分析對其診斷陽性率僅為1%～1.5%[9]。基因芯片技術對胎兒結構異常的診斷陽性率比核性分析診斷的陽性率高1%～3%。Lu等研究638例異常結構的胎兒發現，17.1%的患兒檢測結果表明存在CNVs，非整倍染色體僅為2.6%[10]。基于此原因，專家建議在超聲診斷結構異常的病理時，最好做微陣列進一步檢查，以確診是否確實存在異常結構。

3.2 基因芯片確定標記染色體

標記染色體的基因內容和起源決定其表現型。以往常規的檢測方法難以完全確定基因的內容和起源。FISH法在確定基因起源相關背景的情況下能鑒定其起源，而微陣列分析可以鑒定其內容和起源兩個指標[11]。

3.3 基因芯片死胎評估

在臨床上，不僅35%～40%的死胎有異常結構，而且5%左右結構正常的死胎有異常核型，這些病例的核型分析結果往往不理想，組織培養成功率較低，因此需要評估這些病例。Raca等研究報道稱已經使用微陣列分析技術成功檢測了15例異常表現型的死胎，而這些病例不能采用核型分析[12]。

4 產前疾病診斷中應用基因芯片技術的優劣

4.1 優勢

與傳統核型分析相比，基因芯片技術最大優勢在于分辨率高，在某些重要結構異常的臨床檢測中具有非常高的敏感性。此外，基因芯片技術還有檢測周期短的優勢，從樣本收集到得出結論的時間明顯縮短[13]。現在，核型分析周期為1～2周（需要先進行細胞培養），而基因芯片技術因為無需細胞培養，可以直接從絨毛和羊水中分離出足夠的DNA，由于這項技術采用自動化檢測，檢測周期大大縮短。

4.2 劣勢

雖然該項技術對DNA片段丟失或擴增的檢測敏感性很高，但也存在不足，如不能完全確定缺失或擴增的準確位置和大小，對低水平鑲嵌的檢出率約為10%，明顯低于核型分析30%～40%的檢出率[14]。此外，基因芯片對發現的一些異常結果不能確定其臨床價值[15，16]。即使很多檢測結果經過經驗積累可判斷是病理性還是良性的，在產前診斷中很多檢測結果由于表達的不完全外顯性和不穩定型還不能很好地被解釋清楚[17，18]。

5 小結

基因芯片技術在產前疾病診斷中具有極高的應用價值，越來越多的研究者開始關注其理論與實踐。雖然基因芯片以其獨特的技術優勢已經取得長足發展，并廣泛應用于各個領域，但仍然存在許多有待研究的技術問題，如芯片檢測的重復性、特異性、靈敏度、定量和芯片標準化等。我們有理由相信基因芯片技術定會隨著生物信息學的發展而不斷改進和完善，在產前診斷中可以發揮更重要的作用，必將為提高人口素質提供更多的方便。

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（收稿日期：2013-03-22）