在医学遗传学领域，准确检测染色体异常对于诊断不孕不育、妊娠失败等生殖健康问题至关重要。传统的染色体核型分析技术（以下简称为核型分析）虽然在临床诊断中发挥了重要作用，但在检测染色体结构异常方面存在一定的局限性，例如样本保存和运输困难、培养实验流程繁琐、分辨率较低、经验依赖性导致误判或漏检，部分患者由于隐匿性染色体小片段结构异常无法确诊等问题，同时这些局限性也导致偏远地区患者难以完成核型检查。
为了突破这些限制条件，郑州大学第一附属医院生殖中心孙莹璞教授团队与亿康医学联合开发了一种创新技术——C-MoKa（ChroMosome conformation based Karyotyping），即基于染色体构象的核型分析技术。C-MoKa为染色体异常检测带来了革命性的进展。这项技术的方法学部分于2024年12月12日发表在《Clinica Chimica Acta》杂志上。
研究团队纳入了70个已知SVs、嵌合体非整倍性、CNVs和UPD的临床样本进行C-MoKa分析，展示了以下技术优势：
1. 高分辨率检测：
C-MoKa技术提供了比传统核型分析更高的分辨率，能够检测到小于500Kb的染色体结构异常，以及100Kb的染色体拷贝数异常。
2. 精确断裂点识别：
C-MoKa能够提供超过100 Kb精度的断裂点信息，这对于临床决策和遗传咨询至关重要。
3. 敏感性高：
C-MoKa在解读复杂重排方面显现出更高的敏感性。
4. 综合分析：
C-MoKa结合了细胞遗传学分析、CNV-seq和UPD分析，提供了一个全面的检测工具，简化了检测流程，降低了患者的检测成本和诊断时间。
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研究纳入了19个经核型分析技术诊断为相互易位的样本，通过C-MoKa技术不仅进行了结果的验证，还提供了更精确的断裂点信息。例如，对于一个最初被核型分析报告为t(4;14)(p15.2;q32.1)的样本，C-MoKa技术更精确地确定断裂点位置为t(4;14)(p15.1;q24.3)，并通过胚胎植入前结构重排基因检测 (PGT‐SR) 的结果进一步支持了这一发现。
图1.C-MoKa检出染色体相互易位示意图， 对于t(6;11)(p24.2;p14.1)染色体易位信号呈现蝴蝶结状图案（图A），图B右下角三幅图展示了t(5;15;12) (p13.1;q21.3;q21.31) 的三条染色体易位信号
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研究收集了5例经核型分析诊断为罗氏易位的样本，样本分别携带13-14,13-15,15-21的罗氏易位，通过C-MoKa也成功全部检出。例如，我们计算了罗式易位rob (13;14)中两条融合的染色体之间的平均接触强度，并将其与未参与易位的染色体间的接触强度进行了比较，可发现13–14 的强度明显高于其他染色体组合。
图2. 分别展示了rob(13;14)(q10;q10)，rob(13;15)(q10;q10)，rob (15;21)(q10;q10)三种罗氏易位的接触图
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研究者提出一种基于 C‐MoKa的插入变异检测新方法，不仅可以用100 Kb的断点分辨率识别500 Kb 以上的插入片段，还可以确定插入的方向。以TS001样本为例，该样本核型分析报告显示不明确的插入变异事件ins(14;8) (q24;q13q11.2)?，而从C‐MoKa结果我们可以明确解读为ins(14;8)(q31.1; q11.2q13.2)。
图3. ins(14;8)(q31.1; q13.2q11.2)的样本结果显示，8号染色体的插入序列以倒置方向插入到14号染色体中
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对于隐匿和复杂核型样本，C-MoKa也具有独特的检测优势。样本YN006的核型分析结果未见异常，但流产组织的CNV结果(seq(hg19) 11p15.5p15.4(180000‐7680000)x3;17p13.3p13.1(0‐ 7060000)x1)强烈提示可能存在隐匿易位。通过C-Moka分析，我们发现一个易位阳性事件 t(11;17)(p15.4; p13.1)。此外，样品 TS008、TS010、S4、S8 和 S15 先前被鉴定为有假定、已知的插入结果或阴性结果。C-MoKa在这些样本中检出了典型的易位信号。
复杂结构变异的组合对核型分析提出了重大挑战。例如，PH016样本的核型分析检测结果为46,XY,t(4;18;10)(p14;q21.3;q21)，表示三条染色体之间的相互易位事件，这在C‐MoKa 中也得到了验证。此外C-MoKa在 chr10 和 chr18还发现了两个典型的断点，指向倒位变异的特征，这个特征是被核型分析所遗漏的。因此，该样本是三条染色体相互易位和倒位变异的组合，更准确地说是 t(4;18;10)(p14;q22.1;q21.3)，inv(18)(q22.1,q22.3)。
对于TS001样本，除了上述提到的核型不明确的插入事件外，核型对于两个易位变异也仍然处于不确定状态der(8)t(8;18)(q11.2;q21)?, der(18)t(8;18)(q13;q21)?。 我们使用C-MoKa精细的解析了其复杂结构。接触互作图显示这个样本含有8号和18号的易位，18号的倒位，15号的三个插入和14号的一个插入变异。因此存在4条衍生染色体，可以表示为der(8)(8pter->8q12::18q13>18ter), der(14)(14pter->14q31.1::8q13.2->8q11.2::14q31.1->14ter), der(15)(15pter->15q22::18q12::8p12::18q12q21::15q22->15qter), der(18)(18pter-
>18q12.3->18q12.3::8q13.3->8qter)。由于核型分辨率的局限性，18号染色体的1.3Mb和3.3Mb的片段以及8号染色体3Mb插入到15号染色体的变异（图四B中的C、F、N片段），都没有被检测到而导致漏检。
图4. A: PH016样本inv(18)(q22.1,q22.3)的倒位信号，黑色箭头表示倒位断点，断点2的红色信号比断点1的红色信号更强烈，表明发生了倒位事件。B: TS001的复杂结构变异解析图。
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研究收集了9个已知 CNV‐seq 检出结果的样本来验证C‐MoKa的性能。在我们的研究中，采用了基于测序深度的 CNV 检测方法，和基于接触矩阵的 CNV 检测方法的组合，确认了检测所有已知嵌合非整倍体和 CNV 事件的能力。分析表明，这种组合方法可以有效识别断点分辨率为 20 Kb，片段大于100 Kb 的 CNV。另外，研究纳入3个UPD阳性的绒毛组织，CMA结果分别为arr(21) × 2 hmz，(1–22,X) × 2 hmz, and arr(1–22,X) × 2 hmz，C-Moka均检出。
图5. 左图为CNV阳性样本的CNV图，右图为UPD阳性样品的对数似然比（LLR）图
C-MoKa技术的问世，标志着染色体异常检测技术的新突破。C-MoKa不仅提高了检测的准确性和分辨率，还为临床决策提供了更有力的支持。随着技术的进一步优化和应用，C-MoKa技术有望在生殖健康领域发挥更大的价值，为患者带来更精准的诊断和治疗。
摘自：亿康医学
