《Frontiers in Genetics》：Recent advances in the detection technologies for balanced chromosomal rearrangements
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本文系统回顾了检测平衡染色体结构重排（BCR）的技术进展。作者指出，BCR是导致不育、反复流产及子代异常的重要原因，但传统方法（如核型分析、FISH）存在局限。文章重点剖析了优化短读长测序（如Mate-Pair Sequencing， MPS）、长读长测序（LRS）及光学基因组图谱（OGM）等新技术的原理、优势与不足，并提出了临床决策流程，旨在帮助遗传咨询师对BCR携带者进行早期识别与精准管理。
1引言：临床检测的挑战与需求
平衡染色体结构重排（BCR）是一类没有明显遗传物质增减的染色体结构变异，包括平衡易位、倒位和插入。携带者表型通常正常，但面临不育、反复流产或生育染色体异常后代的高风险。在一般人群中，平衡易位的发生率约为1/500至1/625，而在反复体外受精（IVF）失败或复发性流产的患者中，这一比例可高达1/20。这些异常主要源于减数分裂时染色体的异常分离。例如，在平衡易位携带者中，四条染色体在减数分裂前期I会形成四价体，并通过2：2、3：1和4：0等模式进行分离，其中只有2：2的交替分离能产生正常或平衡的配子。因此，准确定位BCR的断点对于理解其遗传学后果至关重要。
然而，BCR的临床检测长期以来都是一个难点。传统的核型分析因其5-10 Mb的分辨率限制，无法检测亚显微水平的重排；荧光原位杂交（FISH）虽然分辨率更高（可达50 kb），但属于靶向检测，无法进行全基因组筛查；而染色体微阵列分析（CMA）和标准的短读长测序则根本无法检测到BCR。为此，研究者们开发了多种新技术，旨在攻克这一诊断瓶颈。
2当前检测BCR的方法
2.1细胞遗传学方法
核型分析，尤其是G显带，仍是临床检测结构变异（SV）的金标准。它成本低，能直观显示明显的重排，但其分辨率有限，且分析依赖经验丰富的细胞遗传学家，周期较长（通常7-14天）。FISH技术则实现了向分子细胞遗传学的跨越，无需细胞培养，周转更快，分辨率更高，但因其靶向特性，通常用作确诊BCR的二线诊断方法。
2.2Mate-Pair测序（MPS）
短读长测序因读长限制（150-300 bp）难以跨越BCR断点。MPS作为一种优化的短读长策略，通过将DNA片段化并环化，从片段两端（即“配对端”）进行测序，从而获得了更大的插入片段（如3-10 kb）。这使其能够检测到支持断点的信号。研究表明，MPS在产前诊断中能额外提供25%的诊断率，并已成功应用于揭示特发性男性不育和少精子症病例中的隐性BCR。MPS是一种强大且性价比高的BCR评估工具，但在高度重复区域可能会遇到定位模糊的问题。
2.3长读长测序（LRS）
LRS能够产生数千碱基甚至更长的读长，极大地改善了对SV和复杂或重复区域内断点的检测分辨率。其主要通过PacBio单分子实时（SMRT）测序和牛津纳米孔测序实现。LRS已被成功应用于胚胎植入前遗传学检测-结构重排（PGT-SR），以区分携带BCR的胚胎与正常核型胚胎，并用于识别癌症研究中的大规模倒位等BCR。随着环状共有序列测序和双工读长等技术的发展，其准确率已显著提升（如可达99.9%）。尽管成本较高且存在碱基识别错误，LRS在检测从几千碱基到几兆碱基范围的BCR方面展现出强大潜力。
2.4光学基因组图谱（OGM）
OGM是一种全新的细胞遗传学方法，用于全基因组范围检测SV。它将超高分子量DNA在特定序列基序处进行荧光标记，在纳米通道中线性化并成像，生成基因组图谱后与参考基因组比对以发现SV。研究证实，OGM能准确检测不孕症平衡易位携带者的BCR，并提供精确的断点区间，甚至发现了与男性不育相关的新基因。据厂商信息，OGM可检测大于50 kb的平衡易位、大于30 kb的倒位和大于500 bp的插入。但其局限性在于无法达到碱基对分辨率，在高度重复或着丝粒区域灵敏度下降，且无法检测罗伯逊易位。
2.5BCR检测的临床决策流程
在临床实践中，选择最合适的BCR检测技术需要综合考虑重排类型、临床紧迫性和方法学特点。一个提议的工作流程（见图1B）为：对于不孕、流产或子代异常的患者，核型分析仍是基础的一线筛查手段。对于核型阳性病例（如明显的平衡易位或倒位），可使用FISH进行靶向验证，或使用靶向LRS在单碱基分辨率上评估断点处的基因破坏。对于核型阴性但临床高度怀疑的病例，则需启动二线检测（MPS、OGM或LRS）。MPS性价比高，适于重复区域涉及可能性不大的情况；OGM适于需要快速全基因组结构概览或怀疑复杂架构时；而LRS则推荐在需要精确定义断点（如评估基因破坏或用于PGT-SR的断点连锁单倍型分型）时使用。
3讨论与未来展望
3.1生殖管理与遗传咨询
在辅助生殖技术（ART）中，鉴定BCR对于指导PGT-SR和胚胎移植策略设计至关重要。当BCR位置已知时，可优先移植整倍体非携带胚胎；若没有，可在咨询后考虑移植整倍体平衡携带胚胎；而不平衡胚胎通常不建议移植。精确的断点鉴定还能通过实现单倍型分型或断点跨越检测来增强PGT-SR的可靠性。对于复发性流产，识别BCR能将临床管理从“不明原因”转向明确的染色体病因，从而指导患者选择未来的自然妊娠结合侵入性产前诊断、IVF+PGT-SR或使用捐赠配子等方案。
3.2技术与临床证据缺口
当前技术仍存在局限。位于高度重复区域（尤其是着丝粒和近着丝粒区域）的BCR难以检测和解析。此外，该领域目前缺乏大规模、多中心的临床研究和BCR携带者的长期随访数据，限制了不同BCR亚型复发风险的可靠评估以及真实世界中检测策略的比较。
3.3一线检测的争议与复杂病例策略
关于如何在临床工作流中最佳实施这些方法存在持续争论。有人主张全基因组测序（WGS）可作为一线检测，因其能敏感地发现隐性BCR，并在碱基对分辨率上细化断点。然而，许多细胞遗传学家认为，核型分析因其经济、无偏、全基因组的概览优势，仍是不可替代的一线技术。
对于复杂病例或不确定结果，整合多种技术的策略可能更有帮助：例如用OGM描绘全基因组长程结构图谱，再用MPS或LRS验证候选事件并细化断点。当怀疑BCR涉及高重复区域时，可优先考虑结合端粒到端粒（T2T）或泛基因组参考的LRS。展望未来，随着T2T组装、泛基因组资源的成熟以及纳米孔双工测序等高精度长读长平台的发展，BCR的诊断将朝着常规化、序列解析化的方向前进，最终实现真正全基因组范围、序列解析的诊断，从而更清晰地建立基因型与表型的关联。
