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交大医学院 | VHL综合征家系致病基因研究克服WES/芯片检测小片段CNV的技术缺陷

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张小明

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交大医学院 | VHL综合征家系致病基因研究克服WES/芯片检测小片段CNV的技术缺陷

标题:使用MLPA-NGS技术鉴定 Von Hippel-Lindau 综合征家系中的VHL胚系缺失

作者: Yang Y, Ren X, Xia C, Zhang Y, Song X, Tang X, Du C, Xu W, Weng W. 上海交通大学医学院 上海儿童医院临床检验科;上海交通大学药学院 儿科感染、免疫与危重症医学研究所;青岛大学附属青岛第三人民医院 儿科;上海交通大学 生命科学与生物技术学院;江阴建辉生物技术有限公司;上海交通大学药学院 上海儿童医院内分泌科

发表日期:2025-11-07

期刊:BMC Med Genomics. 影响因子 2.9;遗传学 4区;开放获取

DOI: 10.1186/s12920-025-02252-y

研究背景

Von Hippel-Lindau综合征(VHL)是一种常染色体显性遗传病,患者易在多器官(如视网膜、中枢神经系统、肾脏、肾上腺)发生肿瘤或囊肿。该病由VHL 基因的突变引起,突变类型多样,包括:错义、移码、无义、缺失/插入等。

相关检测技术的局限性:① 全外显子测序(WES),在检测小片段拷贝数变异(CNV,<100 kb)时准确性有限。② 基因芯片,对大片段CNV(>1 Mb)检测有效,但对小缺失不敏感。③ 传统MLPA (Multiplex ligation-dependent probe amplification, 多重连接依赖性探针扩增),是检测CNV的“金标准”,但通量低、依赖毛细管电泳,操作复杂。

因此,本研究尝试使用MLPA-NGS(多重连接依赖性探针扩增 结合 二代测序)技术,提高对小片段缺失的检测精度和通量。

研究内容

本研究在一个VHL家系中,先通过WES和基因芯片未能明确检测出VHL基因的缺失,随后采用MLPA-NGS + Sanger测序成功鉴定出一个6,662 bp 的缺失片段,并精确定位其断点位于Alu重复序列内。主要发现:

  • 缺失区域:VHL基因外显子2~外显子3

  • 缺失大小:6,662 bp

  • 断点位置:chr3:10145434 和 chr3:10152097(GRCh38/hg38)

  • 断点位于AluYAluSx重复序列内

  • 该缺失在ClinVar数据库中为新发现,属于新发变异

研究方法

样本与家系。先证者:29岁女性,14岁确诊视网膜血管瘤;其母亲亦患VHL,其儿子无症状但疑似携带变异。采集先证者、其丈夫及儿子的外周血进行DNA提取。

MLPA-NGS技术流程。探针设计:针对 VHL 基因设计3批探针,逐步增加密度以逼近断点。连接与扩增:使用MLPA试剂盒进行探针杂交、连接、PCR扩增。建库与测序:使用Illumina平台进行测序,读长为40 bp。数据分析:使用Python脚本统计各探针对应读段数。通过内参基因(PKHD1, EYA1等)进行标准化。计算相对拷贝数,判断是否存在缺失。

Sanger测序验证。根据MLPA-NGS结果设计引物,PCR扩增断点区域;通过Sanger测序精确定位断点位置。

生物信息学分析。使用 UCSC Genome Browser 查看重复序列分布;在 ClinVar 数据库中查询是否为已知变异。

图表解读

图1:MLPA-NGS技术流程。探针设计、杂交连接、PCR扩增、NGS测序,结合了MLPA的特异性和NGS的高通量优势。

图2:家系图。显示先证者(III2)及其儿子(IV1)均携带相同VHL缺失。母亲(II3)也患病,符合常染色体显性遗传模式。

图3:基因芯片结果。在VHL基因附近未检测到CNV,说明该缺失片段太小,超出芯片检测范围。

图4:MLPA-NGS分析结果。通过三批探针(灰、绿、红)逐步逼近断点,显示外显子2和3存在杂合缺失。

图5:探针位置与拷贝数示意图展示3批探针在VHL基因上的分布及对应的拷贝数变化,直观呈现缺失区域。

图6:Sanger验证。A:凝胶电泳显示先证者及其儿子出现 <500 bp 条带,丈夫无。B:Sanger测序图谱显示断点连接处。

图7:缺失区域与Alu重复序列的关系。显示缺失片段两端位于 AluY 和 AluSx 重复序列内,提示 Alu 介导的同源重组可能是缺失机制。

研究意义

首次将MLPA-NGS技术用于VHL基因缺失的精确定位,提出“逐步逼近断点”的探针设计策略,提高检测分辨率。为该家系提供明确的分子诊断,可用于遗传咨询和产前诊断。断点定位为未来基因靶向治疗提供可能。此外,再次证实了Alu重复序列在VHL基因缺失中的重要作用,为VHL综合征的基因诊断提供了一种高精度、高通量的新方法。

总之,本研究成功利用MLPA-NGS + Sanger测序,在一个VHL家系中鉴定出一个6,662 bp 的VHL基因缺失,并精确定位其断点。该方法克服了WES、基因芯片在小CNV检测上的局限性,展示了其在遗传病分子诊断中的潜力。研究结果为该家系提供了明确的遗传学诊断依据,也为VHL综合征的机制研究提供了新的数据支持。

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