探讨染色体微阵列分析(chromosomal microarray analysis,CMA)技术在内分泌门诊发育异常患儿中的应用价值,总结诊治经验。
回顾性分析2015年1月至2017年12月因发育异常至广州市妇女儿童医疗中心内分泌门诊就诊的15例患儿。患儿均按照美国Affymetrix公司CytoScan 750芯片的标准操作流程行全基因组CMA检测,结果采用CHAS(chromosome analysis suite染色体分析套件)软件及相关的生物信息学方法分析。
采用CMA技术在15例患儿中均检出致病性拷贝数变异(copy number variations,CNVs)或临床意义不明确的CNVs。发现染色体异常与患儿的临床表现相符合。14例包含缺失,3例包含重复。其中,杂合性缺失为2例,单亲二倍体1例,染色体三体2例,Turner综合征2例,Smith-Magenis综合征1例,wolf Hirschhorn综合征1例。15例患儿中仅2例通过常规核型分析确诊染色体异常。
全基因组高分辨率CMA技术可以显著提高内分泌门诊发育异常患儿的确诊率,值得在内分泌临床工作中进一步应用。
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在儿童内分泌科门诊的临床工作中,经常可以接诊到病因不明发育异常的患儿。如何给这部分患儿明确诊断,是内分泌科医师面临的一个较大的挑战。这部分患儿的发育异常包括身材矮小、智力障碍、骨骼系统发育畸形、特殊面容、眼部异常、先天性心脏病、泌尿系统畸形等。除了少部分是由单基因遗传病引起,大部分致病病因为染色体异常。
传统的染色体核型分析技术已在临床应用数十年。该技术耗时费力,仅可以检测5 Mb以上的遗传物质改变,诊断阳性率较低。而染色体微阵列分析(CMA)技术可以检测1 kb以上的遗传物质改变,能够显著提高染色体疾病的诊断准确率。2010年加拿大遗传协会也推荐用CMA技术取代传统的染色体核型分析技术,对可能的染色体病患者进行遗传学诊断[1]。本研究回顾性分析15例CMA技术确诊的染色体病患儿,总结其临床及染色体异常特点,以探讨该技术在儿童内分泌临床工作中的应用价值。
回顾性分析广州市妇女儿童医疗中心2015年1月到2017年12月因发育异常到内分泌门诊就诊的15例患儿。分析内容包括患儿的临床表现、实验室检查及影像学检查等。所有家系接受检测前遗传咨询及监护人签署知情同意书。本研究通过医院医学伦理委员会批准(批准文号:2017122621025030)。
采用德国Qiagen Blood Mini kit提取患儿外周全血基因组DNA。
实验操作严格按照Affymetrix公司(美国)提供的标准流程进行样本基因组DNA消化,连接,PCR扩增,纯化,片段化,标记,与芯片杂交,洗涤,扫描以及数据分析。所用的芯片为Affymetrix公司提供的全基因组CytoScan 750K芯片。数据分析采用CHAS软件及相关的生物信息学方法分析。该芯片同时具备单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism,SNP)探针和寡核苷酸(oligonucleotide,Oligo)探针,其中Oligo探针平均覆盖全基因组,对于基因组结构变异检出率达99%;SNP探针不但能检测基因组的缺失、重复,还能检测单亲二倍体(uniparental disomy,UPD)和杂合性缺失(loss of heterozygosity,LOH)[2]。
筛选CNV≥200 kb的片段进行分析。根据CNVs的性质不同将其分为3组:(1)良性CNVs;(2)致病性CNVs;(3)临床意义不明确的CNVs(variants of uncertain significance,VOUS)。分析数据过程参照实验室内部数据库及在线公共数据库,如DGV数据库(http://projects.Tcag.ca/variation),DECIPHER数据库(http://www.sanger.ac.uk/PostGenomics/decipher),OMIM数据库(http://www.omim.org)及UCSC数据库(http://www.genome.UCSC.edu/)等[2]。
15例患儿中,男5例,女10例。年龄1个月~14岁,其中1月龄~<1岁5例,1~3岁6例,4岁~14岁4例。矮小症10例,智力测试提示智力障碍(精神发育迟缓)7例,运动发育迟缓7例,先天性心脏病4例,性发育异常7例。4例患儿予常规核型分析,其中8、9号患儿正常,13号患儿为46,X,i(X)(q10),15号患儿为45,X/46,X,psu dic(X)(p22.1),13号及15号患儿核型符合Turner综合征的改变,结果见表1。
编号 | 性别 | 年龄 | 变异位点染色体区段 | 变异类型 | 片段长度(Mb) | 染色体变异遗传学分析 | 临床表现 |
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1 | 男 | 4月龄 | 16 p13.3-p11.2 | 嵌合单亲二倍体 | 28.12 | 嵌合单亲二倍体 | 矮小症,右侧腹股沟疝,尿道下裂,贫血。心脏彩超提示室间隔缺损 |
16 p11.2-p11.1 | 杂合性缺失 | 7.02 | VOUS | ||||
16 q11.2-q12.1 | 杂合性缺失 | 5.63 | VOUS | ||||
2 | 女 | 1月龄 | 22 q11.21-q13.33 | 重复 | 30.47 | 22号染色体三体 | 心脏彩超提示房间隔缺损和室间隔缺损 |
X q21.2-q28 | 缺失 | 70.24 | 致病性 | ||||
3 | 女 | 1岁10个月 | 8 q23.3-q24.12 | 缺失 | 4.68 | 致病性 | 矮小症,左手6指畸形。心脏彩超提示房间隔缺损 |
4 | 女 | 2岁 | 3 q13.11-q13.33 | 缺失 | 13.93 | 致病性 | 智力障碍,运动发育迟缓。头颅MRI提示胼胝体发育不良 |
5 | 男 | 4岁11个月 | 6 q13-q14.3 | 缺失 | 13.66 | 致病性 | 矮小症,智力障碍,运动发育迟缓,不能独坐,独站,独走 |
6 | 男 | 4月龄 | 18 q21.1-q21.32 | 缺失 | 9.43 | 致病性 | 智力障碍,运动发育迟缓 |
7 | 女 | 1月龄 | 5 p15.33-p15.1 | 缺失 | 14.92 | 5p缺失综合征 | 哭声似猫叫,运动发育迟缓,特殊面容 |
(猫叫综合征) | |||||||
8 | 男 | 3岁8个月 | 11 q14.1-q21 | 杂合性缺失 | 14.16 | VOUS | 矮小症,智力障碍,特殊面容,隐睾,阴茎弯曲 |
9 | 女 | 4岁6个月 | 17 p11.2 | 缺失 | 3.80 | Smith-Magenis综合征 | 矮小症,特殊面容 |
10 | 男 | 11月龄 | 4 p16.3-p15.31 | 缺失 | 19.38 | wolf Hirschhorn综合征 | 矮小症,智力障碍,隐睾,尿道下裂,高钾血症,抽搐 |
11 | 女 | 1岁3个月 | 15 q26.3 | 缺失 | 3.76 | 致病性 | 矮小症,牙齿未出,精神发育迟缓,运动发育迟缓 |
12 | 女 | 1岁10个月 | 3 p14.1-p12.3 | 缺失 | 9.87 | 致病性 | 矮小症,智力障碍,运动发育迟缓,甲状腺功能减低。心脏彩超提示房间隔缺损,三尖瓣反流,永存左上腔静脉 |
13 | 女 | 14岁 | X p22.33-p11.21 | 缺失 | 57.42 | Turner综合征 | 矮小症,面部多痣,盾状胸,第1骶椎隐裂。B超提示始基子宫。骨龄10岁 |
X p11.21-q28 | 重复 | 97.63 | 致病性 | ||||
14 | 女 | 1岁10个月 | 13 q11-q34 | 重复 | 95.67 | 13号染色体三体 | 智力障碍,运动发育迟缓。头发有缺失,手足发育异常,右耳发育异常,左眼发育小 |
15 | 女 | 7岁 | X p22.33-q28 | 缺失 | 154.78 | Turner综合征 | 矮小症,肛门闭锁 |
注:CMA:染色体微阵列分析;VOUS:意义不明的拷贝数变异;MRI:磁共振成像 CMA:chromosomal microarray analysis;VOUS:variants of uncertain significance;MRI:magnetic resonance imaging
CMA检测结果提示15例患儿基因组均包含致病性CNVs或VOUS。14例包含缺失,3例包含重复。其中,杂合性缺失为1、8号患儿,单亲二倍体为1号患儿,染色体三体为2、14号患儿,Turner综合征为13、15号患儿,Smith-Magenis综合征为9号患儿,wolf Hirschhorn综合征为10号患儿。
CMA技术是一种高分辨率、高通量检测人类基因组CNVs的分子核型分析技术,能够在全基因组水平进行扫描,可检测染色体不平衡的CNV,尤其是对于检测染色体组微小缺失、重复等不平衡性重排具有突出优势[3]。而其他的染色体检测技术,如染色体核型分析费时费力;荧光原位杂交(FISH)技术一次只能检测有限的已知位点。广州市妇女儿童医疗中心实验室用于检测的芯片为Affymetrix CytoScan 750K型,但该技术也有其检测局限性,目前无法检测以下情况:(1)平衡易位或倒位;(2)异常率<20%的嵌合体;(3)探针未覆盖区域;(4)单基因遗传病;(5)DNA甲基化改变。目前该技术较多应用于妇产科产前诊断中[3]。对于产前超声检查发现胎儿结构异常者,CMA是目前最有效的遗传学诊断方法[4,5]。本研究重点讨论7例患儿的染色体异常和临床表现。
2号患儿,女,1个月,心脏彩超提示房间隔缺损和室间隔缺损。CMA提示:(1)染色体22q11.21-q13.33区段检出30.47 Mb重复,该重复临床表现为22号染色体部分三体。外文文献中已经有数例类似病例的报道,重复片段均位于22q11.2,因此该区域可能是22号染色体重排的热点区域[6,7]。(2)染色体Xq21.2-q28区段检出70.24 Mb缺失,DECIPHER及ISCA数据库提示为致病性,该缺失的临床表型包括生长发育迟缓、精神运动发育迟缓、中枢神经系统发育异常、先天性心脏病、癫痫等。22号染色体部分三体合并Xq21.2-q28缺失,中外文文献中均未见报道。该病例也补充了人类染色体畸变的罕少见类型。该患儿年龄尚小,除有心脏病,其他的临床表现并不明显,因此今后需要继续随访观察有无新的临床症状出现。
7号患儿,女,1个月,临床表现有哭声似猫叫,运动发育迟缓,特殊面容。CMA提示:(1)染色体5p15.33-p15.1区段检出14.92 Mb缺失,根据DECIPHER及OMIM数据库提示为致病性,临床表现为5p缺失综合征(猫叫综合征);(2)染色体14q32.33区段检出494 kb微重复,根据DGV数据库提示为多态。5p缺失综合征临床表现主要包括生长发育迟缓、智力障碍、哭声似猫叫、特殊面容、肌张力低下、行为异常、先天性心脏病及肾脏异常等。Overhauser等[8]发现5p缺失综合征关键区域在5p15.2-p15.3,与本病例的缺失部位相符合。
9号患儿,女,4岁6个月,临床表现有矮小症,特殊面容。CMA提示:(1)染色体17p11.2区段检出3.8 Mb微缺失,根据DECIPHER及OMIM数据库提示该微缺失为致病性,临床表现为Smith-Magenis综合征,表型主要包括精神运动发育迟缓、矮小症、行为异常、颅面异常、听力障碍、肌张力障碍、先天性心脏病及肾脏异常等。(2)染色体Xp22.33区段检出633 kb微重复,在DGV,DECIPHER及ISCA数据库中均未检索到相同片段,因此该片段临床意义不明确,属于VOUS。Smith-Magenis综合征目前全世界报道有100多例[9],国内报道较少[10,11]。该综合征缺失热点在17p11.2,典型缺失大小约为3.7 Mb,符合本病例的染色体缺失特点。编码维A酸诱导蛋白1(RAI1)基因恰恰位于17p11.2缺失片段之中,这导致调节人类生物钟的褪黑激素分泌紊乱,RAI1基因缺失是唯一被确定的导致大部分SMS表型的原因。Smith-Magenis综合征的临床表现复杂,但本患儿的临床表现相对较少,不排除临床表型多样性的可能,故需要继续随访观察。
10号患儿,男,11个月,临床表现有矮小症,智力障碍,隐睾,尿道下裂,高钾血症,抽搐。CMA提示染色体4p16.3-p15.31区段检出19.38 Mb缺失,表现为wolf Hirschhorn综合征。wolf Hirschhorn综合征又称4号染色体短臂缺失综合征,其发病率在活产婴儿中约为1/50 000,目前全世界已经报道了300余例[12]。本病发病关键区域为4p16.3,包括WHSCRl和WHSCR2 2个关键区。其临床表型包括精神运动发育迟缓,矮小症,脊柱侧凸和脊柱后凸,唇腭裂,小颌畸形,希腊武士头盔外貌,癫痫,免疫缺陷疾病,肌张力低下,先天性心脏病和肾脏异常等[13]。
13号患儿,女,14岁,临床表现有矮小症,面部多痣,盾状胸,第1骶椎隐裂,B超提示始基子宫,骨龄10岁。常规核型分析提示46,X,i(X)(q10)。CMA提示:(1)染色体Xp22.33p11.21区段检出57.42 Mb缺失,符合特纳综合征改变。(2)染色体Xp11.21q28区段检出97.63 Mb重复,DECIPHER及ISCA数据库提示为致病性,该重复的临床表型包括精神运动发育迟缓,矮小症,自闭症,癫痫,小头畸形,先天性心脏病,角膜基质混浊,骨骼系统发育异常,脊柱侧凸,肌张力低下等。该患儿的常规核型分析仅能够提示X染色体为等臂染色体改变,而CMA可以更精确发现缺失及重复的CNVs。
14号患儿,女,1岁10个月,临床表现有智力障碍,运动发育迟缓,部分头发缺失,手足发育异常,右耳发育异常,左眼发育小。CMA提示:(1)染色体13q11-q34区段检出95.67 Mb重复,该重复临床表现为13号染色体三体;(2)染色体14q32.33区段检出588 kb微重复,根据DGV数据库提示为多态。13三体综合征又称为Patau综合征,在新生儿中的发生率为1/6 000~1/5 000,约80%是原发性染色体不分离产生的异常。13三体综合征较多见于胎儿,儿童中罕[14,15]。临床主要表现有智力障碍、小头、全脑畸形、头顶部及枕部头皮缺损、小眼畸形、唇腭裂、耳畸形、先天性心脏病、肾脏畸形、消化道发育异常、隐睾、卵巢发育不良等。预后极差,有合并肿瘤的倾向,平均寿命不到100 d[16]。
15号患儿,女,7岁,临床表现有矮小症,先天性肛门闭锁。常规核型分析提示45,X/46,X,psu dic(X)(p22.1)。CMA提示染色体Xp22.33-q28区段检出154.78 Mb缺失,该缺失临床表现为特纳综合征。该患儿的常规核型分析能够提示染色体为嵌合型,而CMA并不能发现这一染色体类型。这也体现了CMA技术应用的局限性。
在近几年的临床工作中,CMA技术得到越来越多的应用。郭乔丽等[2]探讨了CMA技术在核型正常的骨骼系统发育异常患儿中的应用,并认为能够将病因检出率额外提高21.95%。王荣跃等[17]认为CMA技术可显著提高生长发育迟缓和智力低下患儿遗传学病因的检出率,检测出核型分析不能识别的微缺失微重复综合征和拷贝数变异片段。姜敏等[18]在怀疑染色体疾病的514例新生儿中,通过CMA技术确诊染色体异常104例,确诊率为20.2%。
在本研究15例染色体异常患儿中,2例通过常规的核型分析得到确诊,其余13例需要行CMA分析技术才能够明确诊断。15例患儿的临床表现与染色体异常的诊断相符。由于染色体异常往往导致多个系统发育异常,建议患儿定期随访,观察临床症状的变化,必要时结合其他专科会诊。对于神经系统的异常,主要采取康复训练、营养脑神经的治疗。部分矮小患儿可采取生长激素治疗。心脏、肾脏、生殖器畸形等可采用手术治疗。由于目前染色体疾病尚未彻底根治的办法,做好产前筛查显得尤为重要。广大的儿童内分泌科医师需要增强对染色体疾病的认识,对于体格及智力发育缓慢,多系统发育畸形患儿,有必要积极给予CMA检查,以帮助提高确诊率。
利益冲突 所有作者均声明不存在利益冲突