《International Journal of Molecular Sciences》：Small Supernumerary Marker Chromosomes in Humans: From Classical Cytogenetics to High-Resolution Cytogenomics
编辑推荐：
小型超数标记染色体（small supernumerary marker chromosomes, sSMCs）是小于等于20号染色体的额外染色体元件，在人群中的患病率约为0.044%。其临床影响范围从无症状携带到严重的先天性、神经发育性及其他疾病。由于其物理
小型超数标记染色体（small supernumerary marker chromosomes, sSMCs）是小于等于20号染色体的额外染色体元件，在人群中的患病率约为0.044%。其临床影响范围从无症状携带到严重的先天性、神经发育性及其他疾病。由于其物理尺寸小、频繁的组织特异性镶嵌现象以及不同遗传背景下相似基因含量的可变表达——这一点已为大量具有临床意义的基因变异所熟知——精确诊断与解读仍具挑战性。本综述综合了sSMC生物学、诊断及临床管理的现有知识，重点阐述从经典细胞遗传学向高分辨率基因组及细胞基因组学方法（包括长读长基因组测序（long-read genome sequencing, lrGS）联合端粒到端粒（telomere-to-telomere, T2T）染色体组装）的范式转变。研究人员提出了基于sSMC DNA含量与结构组织的更新分类，讨论了sSMC生物发生的分子机制，并严格评估了微阵列比较基因组杂交（microarray comparative genomic hybridization, aCGH）、全基因组测序（whole-genome sequencing, WGS）及基于染色体显微切割的方法的诊断效用。研究人员还讨论了sSMC形成中的断点位置、sSMC在核空间区室中的定位以及组织分布模式等可能对sSMC表现产生影响的因素。其中部分性质可作为评估sSMC致病潜能的标准，而其他性质则需进一步研究。此外，研究人员通过纳入sSMC内容与形态完善了致病性评估框架。通过将尖端分子细胞遗传学与标准化解读指南相结合，本叙述性综述为精确sSMC表征提供了有用的框架，这对遗传咨询与靶向临床管理至关重要。
1. Introduction
人类小型超数标记染色体（small supernumerary marker chromosomes, sSMCs）是核型中额外的染色体外元件，可新发或遗传产生。本综述综合自1961年首次描述至2026年端粒到端粒（telomere-to-telomere, T2T）组装的文献。sSMCs被定义为在同等中期铺片中不大于20号染色体且无法仅凭常规显带明确鉴别的额外小染色体；5号、8号、9号、12号、18号和20号染色体短臂的倒位重复（如i(5)(p10)等）虽可被GTG或DAPI显带识别，但传统上仍归类为sSMCs。sSMCs人群患病率约0.044%，约70%携带者表型正常，其余30%可表现智力障碍、癫痫、先天畸形及生殖功能障碍等。其表型受基因含量、剂量效应、结构拓扑、组织分布、亲本来源、表观遗传修饰及核内空间定位共同调控。高分辨率微阵列平台、长读长基因组测序（long-read genome sequencing, lrGS）、光学基因组图谱（optical genome mapping, OGM）、T2T组装及染色体显微切割等技术已变革sSMC诊断。lrGS结合完整T2T组装可在碱基对水平解析断点连接（breakpoint junctions, BPJs）并精确重建结构复杂性。本综述呈现更新分类，讨论生物发生分子机制，评估当代基因组技术，并提出整合sSMC分子与结构组成及组织特异性镶嵌的改良致病性评估框架。
2. Challenges in Assessing sSMC Pathogenicity
除DNA含量外，组织特异性镶嵌、表观染色质修饰（如sSMC来源X染色体的X染色体失活）、结构复杂性、核内空间定位及不同个体相同遗传sSMC的可变表达等，均增加临床影响评估复杂度。ChromosOmics数据库仍为最全面资源，但多数条目基于过时技术，个人基因组背景对sSMC表现的影响基本未解决。现有研究中，活检材料通常仅限于外周血、脐带血、羊水细胞及皮肤成纤维细胞，导致全身镶嵌结论不完整；基于数千细胞的批量分析技术如微阵列比较基因组杂交（array comparative genomic hybridization, aCGH）和全基因组测序（whole-genome sequencing, WGS）无法分析单个sSMC拷贝。最优诊断策略取决于sSMC具体类型，aCGH与标准WGS对低水平镶嵌效率低，对纯异染色质sSMC亦无效，故需综合多种分子细胞遗传与细胞基因组技术。
3. sSMC Mosaicism
sSMCs跨组织的差异分布可极大改变其表型。目前研究多局限于少数可及组织，外周血中sSMC低频率并不总能反映其他组织状态，例如与Pallister–Killian综合征相关的i(12)(p10)标记在外周血中罕见但在皮肤成纤维细胞中富集。此外，体外培养可因克隆选择扭曲频率估计。遗传sSMC在子代中的镶嵌模式可能与亲代不同，亲代表型正常并不保证子代无不良表现。双臂来源sSMCs较近端着丝粒来源更易形成镶嵌变异。
4. sSMCs with Different DNA Content
sSMCs的常染色质区（euchromatic regions, ECRs）大小与基因含量差异显著。诊断关键需区分新发与遗传、以及是否含ECRs。新发sSMCs伴单亲二体（uniparental disomy, UPD）风险增加，尤其涉及6、7、8、11、14、15或20号染色体时可能需行靶向UPD检测。含ECRs的sSMCs引入部分非整倍体，其致病性取决于基因含量、ECR大小、结构组织、表观遗传修饰及镶嵌水平。15号与22号染色体来源的sSMCs最为常见，多呈倒位重复结构，其形成与15q11.2→q13及22q近端低拷贝重复（low-copy repeats, LCRs）密切相关。idic(15)多由BP3::BP3断裂-融合事件产生，导致15pter-q13.1区部分四体及Dup15q综合征；BP3::BP5则导致BP3-BP5区间三体，表型更重。15q11.2–q13区受基因组印记调控，母源与父源sSMC(15)表现差异显著，且新发sSMC(15)可伴UPD(15)，导致Prader–Willi综合征或Angelman综合征。
5. sSMC Derived from Sex Chromosomes
性染色体来源sSMCs可影响性发育及X连锁病表现。X染色体来源sSMCs表现多样，X染色体失活（X-chromosome inactivation, XCI）模式与XIST基因（Xq13.2）参与是决定临床效应的关键，含XIST的sSMC通常可通过表观遗传失活获得代偿。Y染色体来源sSMCs常需检测Y染色体性别决定区（sex-determining region Y, SRY）基因；表型可从正常男性生育力至模糊生殖器及混合性性腺发育，女性性腺发育患者若携带Y来源染色体物质，其性母细胞瘤发生风险约为15–30%。
6. Complex, Multiple, Ring, and Neocentric sSMCs
复杂sSMCs由多于一个染色体来源的染色质构成。约9%的22号染色体sSMCs为der(22)t(8;22)(q24.1;q11.1)，而der(22)t(11;22)(q23;q11)则与Emanuel综合征相关。基于显微切割的DNA文库测序及T2T-CHM13组装分析提示，复杂sSMCs形成涉及微同源介导的断裂连接（microhomology-mediated end joining, MMEJ）、微同源介导的断裂诱导复制（microhomology-mediated break-induced replication, MMBIR）及染色体碎裂（chromothripsis）后的断裂-融合-桥循环。环状sSMCs（ring sSMCs, rsSMCs）形态可能影响核定位并增加不稳定性；显微切割单个rsSMC拷贝测序揭示其ECR内可存在小缺失。新着丝粒sSMCs（neo-sSMCs）因缺乏着丝粒周围异染色质，可能定位于A区室，其临床表现可能类似完整同源染色体相同区域的节段复制。
7. Application of Molecular Cytogenetic and Cytogenomic Techniques in the sSMC Diagnostics
sSMC诊断通常首先确定染色体起源，而家族性无ECRs的sSMCs预期无致病性或极轻。检测ECRs存在更具价值，Alu重复探针FISH可敏感描绘ECRs并区分别染色质区域。24色FISH可确认倒位重复但无法识别染色体内具体区域；CISS-hybridization结合显微切割探针则可同时描绘常染与异染区。ECR边界精确制图需aCGH、WGS或位点特异性探针FISH，但aCGH在低水平镶嵌时不可靠，且无法区分多个sSMC与含多个ECRs的单个复杂sSMC。lrGS结合T2T组装可在碱基对水平解析BPJs，但在重复DNA富集区精度受限。环状结构可通过端粒探针FISH阴性或侧翼探针共定位提示。此外，性染色体来源sSMCs需评估XCI状态及SRY基因存在。
8. Proposed System for Human sSMC Classification
现有五类分类将需不同诊断流程的sSMCs归为一类。研究人员提出基于sSMC致病性、大小、DNA含量、形态及起源机制的新框架。完全异染色质sSMCs（无ECRs）预期良性，但新发者若源自6、7、8、11、14、15或20号染色体，需确认无ECRs并识别起源以决定是否行UPD检测。含ECRs的sSMCs中，5、8、9、12、18及20号染色体短臂来源者多高度致病；15与22号来源者多为倒位重复，ECRs组成相对可预测；线性sSMCs、不连续片段sSMCs、多sSMCs、环状sSMCs、新着丝粒sSMCs及性染色体来源sSMCs则各具特征。该框架强调sSMC描述必须纳入染色体起源、家族或新发状态、镶嵌模式、ECR状态、区域连续性与拷贝数、结构组织及亲本来源等信息。
9. Conclusions
sSMC准确诊断需要可靠、可及的多层级策略。lrGS结合T2T参考基因组组装是描述复杂sSMCs的有力新兴工具，但其成本与基础设施需求可能限制广泛应用；经典细胞遗传学、FISH、染色体显微切割、aCGH及靶向测序的组合仍然必需。诊断算法应依赖sSMC类型，优先进行ECR检测、基因含量评估、ECR边界精确制图、sSMC形态澄清及跨组织镶嵌评估。未来可能通过改编ACMG/ClinGen指南评估sSMC致病性，但需克服sSMC独特特征带来的挑战。研究人员建议未来研究优先发展单细胞多组学、空间转录组学及iPSC来源谱系功能检测，以完善基因型-表型相关性并改善遗传咨询。
