細胞遺傳學和分子遺傳學：核型分析、熒光原位雜交和微陣列雜交技術介紹和比較

細胞遺傳學和分子遺傳學：核型分析、熒光原位雜交和微陣列雜交技術介紹和比較

細胞遺傳學是在細胞層面研究遺傳物質結構，分子遺傳學是在分子（DNA）層面分析遺傳物質的結構和功能。本文將簡單的介紹幾種常用臨床檢測技術，在特定的臨床癥狀病症情況下，正確的檢測方法的使用非常關鍵的，選擇不正確的檢測方法則可能漏檢或錯檢。

該技術是通過生長刺激因子促使外周血中的淋巴細胞轉變為活躍的有絲分裂細胞，並選擇中期細胞最多時，將其固定染色，進行染色體結構分析的一種其中。染色又稱染色體顯帶技術，常用的有G顯帶 (使用Giemsa), Q顯帶和R顯帶等，染色後在染色體上產生明暗相間的帶型，單倍體在400--500條帶水平。然後在顯微鏡下檢查染色體的結構異常。如整個染色體的丟失或重複，部分或完整的臂易位，細微的一個條帶的變化。

1. 看得到整個基因組

2. 看得到單獨的細胞和染色體

3. 一般檢測費用較低

1. 最小解析度局限5MB

2. 需要成功培養細胞

這裡要注意，傳統的核型分析的需要好幾天來做細胞培養。 而且，在取樣後48小時內樣本必須到達實驗室，以保證細胞的活性。當然樣本越早到達越好，以提高樣本成功培養的幾率。

圖1：正常的核型分析（女性和男性）

圖2：21三體女性的核型分析熒光原位雜交 (FISH)

常規的染色體核型分析檢測的DNA變異的大小局限於5MB，而使用熒光探針的熒光原位雜交技術（FISH），解析度可以達到100kb-1mb的大小。帶有熒游標記的特異性DNA序列和受檢者的DNA進行雜交，可以檢測出熒光信號的存在、缺失、拷貝數的變化，這對於致病位點檢測特別有價值。隨著針對已知致病位點探針數的增加，對於基因微缺失和微重複的診斷也越來越準確。 但是FISH最大的限制就是只能檢測特定已知位點。

1. 任意的DNA序列都可以成為探針

2. 相對於G顯帶，在檢測序列缺失、插入、易位上更高的解析度

3. 可以使用任何階段的細胞它可以在細胞的基礎上分析結果

4. 更短的檢測時間，例如組織不需要培養到中期細胞

1. 檢測範圍較小，只能檢測目的基因，而不是全基因組的結構。

圖3：Di Geirge 的中期FISH圖。綠色的探針標識2個22號染色體（標準探針）。

紅色的探針特異性的指向Di George 區，僅在一個22號染色體上發現，意味著一條染色體出現了缺失。

微陣列比較基因組雜交技術是將受檢者的基因和參考基因（正常控制或者標準）進行比較，根據不同的信號比，檢測出受檢基因組的失衡，如拷貝數變異（CNVs）。為了便於分析，整個基因組被打成很多的小片段，但通過已知的探針，可以準確定義每個片段在基因組中的位置。

1. 樣本和參考DNA被不同的顏色的熒光探針標記。（綠色和紅色）

2. 這兩個樣本和固定在微陣列DNA探針，進行互補配對。通過掃描儀，收集到顏色和強度信息。

3. 當受檢DNA和參考DNA位置和數量一致的時候，就會出現凈排放顏色。（黃色）

4. 當受檢樣本有重複的時候，相對於紅色，就會出現更多的綠色。相反，缺失就會出現更多的紅色。

圖4：Array CGH的主要原理

單核苷酸多態性微陣列

SNP，單個核酸位點的變化，是基因組中最常見的變異。 SNP array 和array CGH的理論基礎都是一致的，不過基於SNP的應用可以在標準強度數據外收集到基因型信息。因此，SNP最重要的優勢就是可以覆蓋拷貝數變化（CNVs）和雜合性丟失（LOH）。例如：父母一方或雙方的遺傳物質的丟失。

圖5：SNP array 得到的圖形：強度和基因型分析

他們都是全基因組檢測，可用於評估基因組失衡，例如拷貝數變異。雖然它們看起來可能是非常不同的技術，其實主要的區別在於解析度。一個標準的G顯帶核型通常解析度大約5 MB，而現代陣列分析就像一個更厲害的顯微鏡，具有更高的解析度，即使在較低解析度下也可以檢測到大達到1MB，在較高解析度下可以檢測到10KB的變化。更多的小的拷貝數變化（CNVs）在這種高解析度技術下被檢測出來， 這意味著使用最新的微陣列技術，將有更多致病的基因拷貝數變異被發現。但在基因組中，拷貝數的變異非常常見，大量的無意CNVs也會被發現，所以後續的檢測和解讀非常有必要。

鑒於不同技術各自的特點，在臨床應用的時候需要按照不同的情況進行選擇。

1. 常見的染色體非整倍體評估，例如：21,18,13，性染色體非整倍體

2. 性別不確定

3. 青春期延遲/第二性徵發育不良

4. 女性身材矮小或閉經

5. 孤立的臨床特徵，如唇裂，心臟病。

6. 染色體斷裂綜合征

7. 不孕不育

單探針FISH用來確認已經明確的綜合征，例如：Williams』綜合征Array CGH/SNP作為一線檢測方案應用在：

1. 無法解釋的學習困難

2. 智力低下/認知障礙

3. 發育遲緩

4. 行為問題，包括自閉症

5. 畸形/多種先天性異常

6. 流產（SNP array）

7. 孕期超聲檢查出的異常

方法檢出率核型和FISH5-10%

CGH arrays（BAC arrays）

+16.7%的病例無法被核型分析/FISH解釋

+22.7%的病例無法被核型分析/FISH解釋

特別要注意，上述只是一般建議.在一些情況下，不止需要做一個檢測，有時在一線臨床檢測後還需要後續檢測。 建議和你的遺傳諮詢師商量最終方案。

參考資料：

Constitutional cyto- and molecular genetics:Karyotyping, FISH and CGH array

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