2024年4月6日发(作者：桓萦心)
CNV-seq及染色体核型分析在染色体异常检测中的比较
李翠; 赵明刚; 贺芳; 王晓岩; 李旭; 王翔
【期刊名称】《《西安交通大学学报（医学版）》》
【年(卷),期】2019(040)006
【总页数】4页(P993-996)
【关键词】基因组拷贝数变异测序; 染色体异常; 染色体核型分析
【作 者】李翠; 赵明刚; 贺芳; 王晓岩; 李旭; 王翔
【作者单位】西安交通大学第一附属医院 转化医学中心 陕西西安 710061; 西安交
通大学第一附属医院 检验科 陕西西安 710061
【正文语种】中 文
【中图分类】R394-33
人体正常染色体受到某些因素影响后可发生异常改变，包括染色体数目异常和染色
体结构畸变。据报道，我国每年出生的染色体异常患儿约10万，在活产儿中，染
色体异常的发生率为0.5%～1%[1]。
传统的染色体核型分析技术可以检测染色体数目异常及大于10 Mb的片段缺失、
重复、倒位等结构异常，但不能覆盖全基因组，且常难以判断异常染色体片段的来
源[2]。染色体微阵列分析技术(chromosomal microarray analysis, CMA)可以提
供高分辨率和全基因组范围内染色体不平衡改变的检测，精确定位异常改变的片段
[3-4]，但CMA芯片成本较高，且无法检测探针未覆盖的染色体区段。因此，临
床上亟需一种更经济准确的方法，以便全面准确地检测染色体异常疾病。基因组拷
贝数变异测序(copy number variation sequencing, CNV-seq)不仅可以检测
CMA芯片平台所覆盖的染色体疾病类型，还可发现芯片探针无法覆盖的染色体的
微缺失、微重复，且成本较低，重复性好[5]。
在本研究中，我们对临床发现的42例疑似染色体异常患者进行CNV-seq检测，
评估CNV-seq技术在染色体疾病检测中的应用价值。
1 资料与方法
1.1 一般资料 选取2018年1月-2018年9月于西安交通大学第一附属医院进行
门诊咨询及染色体检查的患者42例，包括进行外周血染色体检查的患者5例，进
行羊水染色体检查的患者37例，其中男性3例，女性39例，年龄3～38岁(平
均年龄19.7岁)。
1.2 实验方法
1.2.1 外周血细胞培养及染色体核型分析 患者签署知情同意书后采集外周血，2
mL EDTA抗凝血用于后续CNV-seq检测，4 mL肝素钠抗凝血进行常规培养、制
片后，进行染色体G显带分析。
1.2.2 羊膜腔穿刺及羊水染色体核型分析 患者签署知情同意书后，在无菌条件下进
行超声下引导穿刺羊水20 mL。15 mL羊水离心后进行细胞培养，常规收获制片
后进行染色体G显带分析；5 mL羊水用于后续CNV-seq检测。
1.2.3 CNV-seq检测 患者外周血/羊水标本进行DNA提取，构建测序文库并进行
质控，然后通过HiSeq 2000测序平台进行CNV-seq检测。
1.2.4 CNV-seq检测结果分析 将染色体全基因组测序检测到的基因组CNV参照
国际基因组CNV多态性数据库Decipher、UCSC Genome Browser、Online
Mendelian Inheritance in Man(OMIM)、International Standards for
Cytogenomic Arrays(ISCA)等以及相关文献评估CNV是否致病。检测报告将严
格按照美国医学遗传学会指南[6]进行CNVs分级。
2 结 果
2.1 染色体核型分析结果 42例标本染色体分析分辨率均在320条带。染色体核型
分析结果发现，共存在8例染色体异常，其中染色体结构异常6例，数目异常2
例，检出率19.04%。此外，还检出4例为染色体多态性变异，其余30例患者染
色体核型分析均未发现明显异常。染色体核型分析异常患者临床资料及检测结果见
表1。
表1 染色体核型分析异常患者的临床资料及检测结果
Tab.1 Clinical information and results of patients with chromosome
abnormality confirmed by karyotype analysis
编号性别年龄标本类型临床表现核型分析CNV-seq检测结果临床意义P1男3岁
外周血生长发育迟滞,左手通贯掌,阴茎短小
46,XY,der(3)t(3;13)(p25;q21),inv(9)matseq[hg19]del
(X)(p22.31)(1.68Mb)seq[hg19]del
(3)(p26.3p26.2)(3.3Mb)seq[hg19]dup(13)(q21.31q34)(51.32Mb)致病致病致病
P2女15岁外周血原发闭经,幼稚子宫
46,X,der(X)(q?)seq[hg19]del(X)(q21.31q28)( 66.70
Mb)seq[hg19]dup(4)(q21.21q35.2)(109.98 Mb)致病致病P3男10天外周血双
手通贯掌,先心病
46,XY,del(18)(q22q23)seq[hg19]del(18)(q22.1q23)(12.94Mb)seq[hg19]dup(
4)(q35.2)(3.52Mb)致病意义不明确P4女20岁外周血原发闭经
46,X,der(X)(q?)seq[hg19]del(X)(q21.32q28)seq[hg19]dup(X)(p22.33p11.23)
致病致病P5男26岁外周血生殖器幼稚,先心病,左眼视网膜脱落
47,XY,+marseq[hg19]dup(22)(q11.1q11.23)(8.54 Mb)致病P6女27岁羊水中
孕期唐筛高风险47,XN,+mar未见明显异常/P7女35岁羊水高龄产妇
46,X,inv(Y)(p11.2q11.22)未见明显异常/P8女32岁羊水中孕期唐筛临界高风险
46,XN,t(1;17)(q12;q23)未见明显异常/
2.2 CNV-seq检测结果 42例标本均获得有效的测序结果。CNV-seq结果显示，
42例标本中，染色体异常7例，检出率为16.67%。在传统染色体核型分析检出
的6例染色体结构异常中，CNV-seq结果发现4例存在CNVs；而2例染色体数
目异常患者中，1例存在CNV(表1)。在染色体核型分析结果正常的30例患者中，
CNV-seq发现2例患者存在片段<10 Mb的CNV变化，其中1例检测结果判读
为可能致病的CNV，相关临床资料及检测结果见表2。此外，对染色体核型分析
发现的4例染色体多态性变异进行CNV-seq检测，均未检出100 kb以上已知的、
明确致病的CNV, 相关临床资料及检测结果见表3。
表2 2例CNV<10 Mb的重复或缺失患者的临床资料及检测结果
Tab.2 Clinical information and results of two patients with chromosome
microdeletion and microduplication
编号性别年龄标本类型临床表现核型分析CNV-seq检测结果临床意义P9女28
岁羊水B超示脉络丛囊肿
46,XNseq[hg19]del(1)(q44)(0.32Mb)seq[hg19]del(7)(p21.1)(0.14Mb)意义不
明确P10女32岁羊水近亲婚配46,XNseq[hg19]dup(15)(q11.2q13.1)(5.76Mb)
可能致病
表3 4例染色体多态性变异患者的临床资料及检测结果
Tab.3 Clinical information and results of four patients with chromosome
polymorphism
编号性别年龄标本类型临床表现核型分析CNV-seq检测结果临床意义变异来源
P11女37岁羊水高龄46,XN,22ps-未见明显异常/父亲P12女31岁羊水B超示
脉络丛囊肿46,XN,14pstk+未见明显异常/母亲P13女27岁羊水B超示肠管回声
增强46,XN,9qh+未见明显异常/父亲P14女41岁羊水不良孕产史
46,XN,inv(9)(p12q13)未见明显异常/父亲
2.3 随访 本次研究病例中，共对42例患者进行了染色体核型分析和CNV-seq检
测，其中外周血染色体检查的患者5例，羊水染色体检查的患者37例，对所有的
患者进行常规随访。37例羊水染色体检查的患者中，1例选择引产，由于在外院
引产，未能获取进一步引产情况。其余36位孕妇均已产下表型正常、发育良好的
健康活婴，但由于婴儿较小，可能有些表型还未表现出来，我们将会继续跟踪随访。
5例外周血染色体检查的患者均进入针对性的临床治疗阶段。
3 讨 论
染色体的数目或结构异常所致的疾病称染色体异常。染色体异常通常表现为先天性
智力低下、发育滞后、多发畸形、性发育不全、反复流产及不孕不育等。据文献报
道，6.7%～21.4%出生缺陷患儿是由染色体畸变引起的[7]。虽然染色体异常与疾
病的关系越来越明显，但目前诊断染色体疾病的金标准仍是染色体核型分析。
染色体核型分析是一种经典的遗传学检测技术，检测步骤相对复杂，技术性要求较
强，且分辨率较低。此外，细胞生长状态、显带水平及操作人员的技术水平均会影
响最终的实验结果。随着分子遗传学技术快速发展，荧光定量PCR技术
(quantitative fluorescent polymerase chain reaction, QF-PCR)、荧光原位杂
交技术(fluorescent in situ hybridization, FISH)等已逐渐应用于临床检测中[8-9]。
然而，无论是染色体核型分析、QF-PCR，还是FISH检测，都无法对来源未知的
染色体片段及染色体微缺失微重复进行快速有效的鉴别。因此，临床急需一种高通
量、低成本、易操作的检测技术，以对染色体异常进行快速诊断。
近些年，高通量测序技术迅猛发展，极大地推动了分子技术在临床产前筛查、遗传
病检测、肿瘤检测、微生物病原体检测及器官移植排斥筛查等方面的应用[10]。高
通量测序技术又称下一代测序(next generation sequencing, NGS)，是一种直接
测序法，能在同一时间对上百万DNA片段进行测序，大大提高了测序效率。与传
统的染色体核型分析及CMA检测相比，CNV-seq技术以高通量测序技术为基础，
无需细胞培养，且不受探针种类及通量的限制，具有检测范围广、操作简便、通量
高及成本低等优势[11]。国内外研究者均对CNV-seq技术的临床适用性及准确性
进行了评估，结果表明，CNV-seq技术可应用于流产物分析及产前诊断方面[12-
13]。2019年4月，《低深度全基因组测序技术在产前诊断中的应用专家共识》
指出，CNV-seq技术可以弥补染色体核型分析和CMA的不足，对于染色体病高
风险胎儿，CNV-seq技术可作为一线产前诊断方法。但是，CNV-seq技术不能
检测三倍体及多倍体，无法发现染色体互相易位、倒位等染色体结构重排，且无法
检测杂合性缺失(包括单亲二倍体)[14]。
本研究中，采用传统的染色体核型分析技术对42例患者进行常规染色体分析发现，
8例存在染色体异常，其中6例患者为染色体结构异常，2例为染色体数目异常。
同时，利用CNV-seq技术对这42例患者标本进行高通量测序分析，结果发现，
对于染色体核型分析确诊的6例染色体结构异常的患者，CNV-seq发现其中4例
存在基因的CNVs。将检测到的CNVs参照国际权威数据库及相关参考文献进行致
病性评估发现，除其中1个CNV临床意义暂不明确外，其余均是明确致病的。4
例存在异常CNVs患者中，P1父亲染色体正常，母亲染色体核型为
46,XX,t(3;13)(p25;q21),inv(9)，由此可推测P1患者异常核型来源于其母亲；其
余3例患者家属拒绝家系调查，未能获得患者异常染色体来源。在染色体核型分
析结果正常的30例患者中，CNV-seq还发现2例患者存在片段<10 Mb的
CNVs，其中1例检测结果判读为可能致病的CNV。
此外，染色体核型分析还发现4例染色体多态性变异。有研究指出，染色体多态
性具有引起流产、不孕不育等生殖异常遗传效应[15-16]。但目前对于多态性引起
的生殖异常，还需进一步在分子水平进行研究。为了排除本研究中发现的4例染
色体多态性携带其他染色体CNV，我们将标本同时进行CNV-seq检测，结果并
未发现明显异常CNV改变。
综上所述， CNV-seq技术克服了现有染色体诊断技术的缺点，能够快速、准确地
为染色体异常患者提供更为详细的临床检测信息。尤其对染色体核型分析不能明确
诊断的染色体片段，CNV-seq检测能协助确定其所涉及的区带。因此，对于染色
体病患者和高危人群进行CNV-seq联合染色体核型分析检测，能为患者提供更为
详细准确的临床诊断，从而为遗传咨询和生育指导提供依据。
参考文献：
【相关文献】
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22(1):26-29.
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2024年4月6日发(作者：桓萦心)
CNV-seq及染色体核型分析在染色体异常检测中的比较
李翠; 赵明刚; 贺芳; 王晓岩; 李旭; 王翔
【期刊名称】《《西安交通大学学报（医学版）》》
【年(卷),期】2019(040)006
【总页数】4页(P993-996)
【关键词】基因组拷贝数变异测序; 染色体异常; 染色体核型分析
【作 者】李翠; 赵明刚; 贺芳; 王晓岩; 李旭; 王翔
【作者单位】西安交通大学第一附属医院 转化医学中心 陕西西安 710061; 西安交
通大学第一附属医院 检验科 陕西西安 710061
【正文语种】中 文
【中图分类】R394-33
人体正常染色体受到某些因素影响后可发生异常改变，包括染色体数目异常和染色
体结构畸变。据报道，我国每年出生的染色体异常患儿约10万，在活产儿中，染
色体异常的发生率为0.5%～1%[1]。
传统的染色体核型分析技术可以检测染色体数目异常及大于10 Mb的片段缺失、
重复、倒位等结构异常，但不能覆盖全基因组，且常难以判断异常染色体片段的来
源[2]。染色体微阵列分析技术(chromosomal microarray analysis, CMA)可以提
供高分辨率和全基因组范围内染色体不平衡改变的检测，精确定位异常改变的片段
[3-4]，但CMA芯片成本较高，且无法检测探针未覆盖的染色体区段。因此，临
床上亟需一种更经济准确的方法，以便全面准确地检测染色体异常疾病。基因组拷
贝数变异测序(copy number variation sequencing, CNV-seq)不仅可以检测
CMA芯片平台所覆盖的染色体疾病类型，还可发现芯片探针无法覆盖的染色体的
微缺失、微重复，且成本较低，重复性好[5]。
在本研究中，我们对临床发现的42例疑似染色体异常患者进行CNV-seq检测，
评估CNV-seq技术在染色体疾病检测中的应用价值。
1 资料与方法
1.1 一般资料 选取2018年1月-2018年9月于西安交通大学第一附属医院进行
门诊咨询及染色体检查的患者42例，包括进行外周血染色体检查的患者5例，进
行羊水染色体检查的患者37例，其中男性3例，女性39例，年龄3～38岁(平
均年龄19.7岁)。
1.2 实验方法
1.2.1 外周血细胞培养及染色体核型分析 患者签署知情同意书后采集外周血，2
mL EDTA抗凝血用于后续CNV-seq检测，4 mL肝素钠抗凝血进行常规培养、制
片后，进行染色体G显带分析。
1.2.2 羊膜腔穿刺及羊水染色体核型分析 患者签署知情同意书后，在无菌条件下进
行超声下引导穿刺羊水20 mL。15 mL羊水离心后进行细胞培养，常规收获制片
后进行染色体G显带分析；5 mL羊水用于后续CNV-seq检测。
1.2.3 CNV-seq检测 患者外周血/羊水标本进行DNA提取，构建测序文库并进行
质控，然后通过HiSeq 2000测序平台进行CNV-seq检测。
1.2.4 CNV-seq检测结果分析 将染色体全基因组测序检测到的基因组CNV参照
国际基因组CNV多态性数据库Decipher、UCSC Genome Browser、Online
Mendelian Inheritance in Man(OMIM)、International Standards for
Cytogenomic Arrays(ISCA)等以及相关文献评估CNV是否致病。检测报告将严
格按照美国医学遗传学会指南[6]进行CNVs分级。
2 结 果
2.1 染色体核型分析结果 42例标本染色体分析分辨率均在320条带。染色体核型
分析结果发现，共存在8例染色体异常，其中染色体结构异常6例，数目异常2
例，检出率19.04%。此外，还检出4例为染色体多态性变异，其余30例患者染
色体核型分析均未发现明显异常。染色体核型分析异常患者临床资料及检测结果见
表1。
表1 染色体核型分析异常患者的临床资料及检测结果
Tab.1 Clinical information and results of patients with chromosome
abnormality confirmed by karyotype analysis
编号性别年龄标本类型临床表现核型分析CNV-seq检测结果临床意义P1男3岁
外周血生长发育迟滞,左手通贯掌,阴茎短小
46,XY,der(3)t(3;13)(p25;q21),inv(9)matseq[hg19]del
(X)(p22.31)(1.68Mb)seq[hg19]del
(3)(p26.3p26.2)(3.3Mb)seq[hg19]dup(13)(q21.31q34)(51.32Mb)致病致病致病
P2女15岁外周血原发闭经,幼稚子宫
46,X,der(X)(q?)seq[hg19]del(X)(q21.31q28)( 66.70
Mb)seq[hg19]dup(4)(q21.21q35.2)(109.98 Mb)致病致病P3男10天外周血双
手通贯掌,先心病
46,XY,del(18)(q22q23)seq[hg19]del(18)(q22.1q23)(12.94Mb)seq[hg19]dup(
4)(q35.2)(3.52Mb)致病意义不明确P4女20岁外周血原发闭经
46,X,der(X)(q?)seq[hg19]del(X)(q21.32q28)seq[hg19]dup(X)(p22.33p11.23)
致病致病P5男26岁外周血生殖器幼稚,先心病,左眼视网膜脱落
47,XY,+marseq[hg19]dup(22)(q11.1q11.23)(8.54 Mb)致病P6女27岁羊水中
孕期唐筛高风险47,XN,+mar未见明显异常/P7女35岁羊水高龄产妇
46,X,inv(Y)(p11.2q11.22)未见明显异常/P8女32岁羊水中孕期唐筛临界高风险
46,XN,t(1;17)(q12;q23)未见明显异常/
2.2 CNV-seq检测结果 42例标本均获得有效的测序结果。CNV-seq结果显示，
42例标本中，染色体异常7例，检出率为16.67%。在传统染色体核型分析检出
的6例染色体结构异常中，CNV-seq结果发现4例存在CNVs；而2例染色体数
目异常患者中，1例存在CNV(表1)。在染色体核型分析结果正常的30例患者中，
CNV-seq发现2例患者存在片段<10 Mb的CNV变化，其中1例检测结果判读
为可能致病的CNV，相关临床资料及检测结果见表2。此外，对染色体核型分析
发现的4例染色体多态性变异进行CNV-seq检测，均未检出100 kb以上已知的、
明确致病的CNV, 相关临床资料及检测结果见表3。
表2 2例CNV<10 Mb的重复或缺失患者的临床资料及检测结果
Tab.2 Clinical information and results of two patients with chromosome
microdeletion and microduplication
编号性别年龄标本类型临床表现核型分析CNV-seq检测结果临床意义P9女28
岁羊水B超示脉络丛囊肿
46,XNseq[hg19]del(1)(q44)(0.32Mb)seq[hg19]del(7)(p21.1)(0.14Mb)意义不
明确P10女32岁羊水近亲婚配46,XNseq[hg19]dup(15)(q11.2q13.1)(5.76Mb)
可能致病
表3 4例染色体多态性变异患者的临床资料及检测结果
Tab.3 Clinical information and results of four patients with chromosome
polymorphism
编号性别年龄标本类型临床表现核型分析CNV-seq检测结果临床意义变异来源
P11女37岁羊水高龄46,XN,22ps-未见明显异常/父亲P12女31岁羊水B超示
脉络丛囊肿46,XN,14pstk+未见明显异常/母亲P13女27岁羊水B超示肠管回声
增强46,XN,9qh+未见明显异常/父亲P14女41岁羊水不良孕产史
46,XN,inv(9)(p12q13)未见明显异常/父亲
2.3 随访 本次研究病例中，共对42例患者进行了染色体核型分析和CNV-seq检
测，其中外周血染色体检查的患者5例，羊水染色体检查的患者37例，对所有的
患者进行常规随访。37例羊水染色体检查的患者中，1例选择引产，由于在外院
引产，未能获取进一步引产情况。其余36位孕妇均已产下表型正常、发育良好的
健康活婴，但由于婴儿较小，可能有些表型还未表现出来，我们将会继续跟踪随访。
5例外周血染色体检查的患者均进入针对性的临床治疗阶段。
3 讨 论
染色体的数目或结构异常所致的疾病称染色体异常。染色体异常通常表现为先天性
智力低下、发育滞后、多发畸形、性发育不全、反复流产及不孕不育等。据文献报
道，6.7%～21.4%出生缺陷患儿是由染色体畸变引起的[7]。虽然染色体异常与疾
病的关系越来越明显，但目前诊断染色体疾病的金标准仍是染色体核型分析。
染色体核型分析是一种经典的遗传学检测技术，检测步骤相对复杂，技术性要求较
强，且分辨率较低。此外，细胞生长状态、显带水平及操作人员的技术水平均会影
响最终的实验结果。随着分子遗传学技术快速发展，荧光定量PCR技术
(quantitative fluorescent polymerase chain reaction, QF-PCR)、荧光原位杂
交技术(fluorescent in situ hybridization, FISH)等已逐渐应用于临床检测中[8-9]。
然而，无论是染色体核型分析、QF-PCR，还是FISH检测，都无法对来源未知的
染色体片段及染色体微缺失微重复进行快速有效的鉴别。因此，临床急需一种高通
量、低成本、易操作的检测技术，以对染色体异常进行快速诊断。
近些年，高通量测序技术迅猛发展，极大地推动了分子技术在临床产前筛查、遗传
病检测、肿瘤检测、微生物病原体检测及器官移植排斥筛查等方面的应用[10]。高
通量测序技术又称下一代测序(next generation sequencing, NGS)，是一种直接
测序法，能在同一时间对上百万DNA片段进行测序，大大提高了测序效率。与传
统的染色体核型分析及CMA检测相比，CNV-seq技术以高通量测序技术为基础，
无需细胞培养，且不受探针种类及通量的限制，具有检测范围广、操作简便、通量
高及成本低等优势[11]。国内外研究者均对CNV-seq技术的临床适用性及准确性
进行了评估，结果表明，CNV-seq技术可应用于流产物分析及产前诊断方面[12-
13]。2019年4月，《低深度全基因组测序技术在产前诊断中的应用专家共识》
指出，CNV-seq技术可以弥补染色体核型分析和CMA的不足，对于染色体病高
风险胎儿，CNV-seq技术可作为一线产前诊断方法。但是，CNV-seq技术不能
检测三倍体及多倍体，无法发现染色体互相易位、倒位等染色体结构重排，且无法
检测杂合性缺失(包括单亲二倍体)[14]。
本研究中，采用传统的染色体核型分析技术对42例患者进行常规染色体分析发现，
8例存在染色体异常，其中6例患者为染色体结构异常，2例为染色体数目异常。
同时，利用CNV-seq技术对这42例患者标本进行高通量测序分析，结果发现，
对于染色体核型分析确诊的6例染色体结构异常的患者，CNV-seq发现其中4例
存在基因的CNVs。将检测到的CNVs参照国际权威数据库及相关参考文献进行致
病性评估发现，除其中1个CNV临床意义暂不明确外，其余均是明确致病的。4
例存在异常CNVs患者中，P1父亲染色体正常，母亲染色体核型为
46,XX,t(3;13)(p25;q21),inv(9)，由此可推测P1患者异常核型来源于其母亲；其
余3例患者家属拒绝家系调查，未能获得患者异常染色体来源。在染色体核型分
析结果正常的30例患者中，CNV-seq还发现2例患者存在片段<10 Mb的
CNVs，其中1例检测结果判读为可能致病的CNV。
此外，染色体核型分析还发现4例染色体多态性变异。有研究指出，染色体多态
性具有引起流产、不孕不育等生殖异常遗传效应[15-16]。但目前对于多态性引起
的生殖异常，还需进一步在分子水平进行研究。为了排除本研究中发现的4例染
色体多态性携带其他染色体CNV，我们将标本同时进行CNV-seq检测，结果并
未发现明显异常CNV改变。
综上所述， CNV-seq技术克服了现有染色体诊断技术的缺点，能够快速、准确地
为染色体异常患者提供更为详细的临床检测信息。尤其对染色体核型分析不能明确
诊断的染色体片段，CNV-seq检测能协助确定其所涉及的区带。因此，对于染色
体病患者和高危人群进行CNV-seq联合染色体核型分析检测，能为患者提供更为
详细准确的临床诊断，从而为遗传咨询和生育指导提供依据。
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