单亲二倍体及其检测uniparentaldisomy,UPD20200106目录/Contents01单亲二倍体的概念02单亲二倍体
检测方法03单亲二倍体常见疾病01PartOne单亲二倍体的概念两条同源染色体均遗传自一个亲代，与另一个亲代无关的现象单亲二倍体
概念1980年由EricEngel首先提出，描述两条同源染色体均遗传自一个亲代，与另一个亲代无关的现象。在1988年报道了首个U
PD导致的孟德尔遗传病：一个患有囊性纤维化的孩子遗传了一个CFTR基因致病变异的两个拷贝，孩子的母亲是这个变异的杂合携带者，而孩子
的生物学父亲不携带变异。2000年，有报道称UPD在新生儿中的发生率约为1/3500，其中，母源性UPD的发生率约是父源性UPD的
3倍UPD的产生机制UPD通常是由两次不分离事件引起的，第一个发生在减数分裂过程中，第二个发生在有丝分裂过程中。减数分裂I期的不分
离是两个同源染色体不能分离，导致来自同一亲本的两个不同的同源染色体或单亲异二体的概率增加。减数分裂II期的不分离是指姐妹染色单体分
裂成子细胞失败，造成单亲同二体。减数分裂出现不分离产生的配子可能是二体型（包含受影响染色体的两个拷贝）或零体型（不包含受影响染色体
的拷贝）在与正常单倍体配子受精后，合子受影响的染色体可能为三体或单体。然后，形成合子后的有丝分裂不分离可能作为第二个事件发生，通过
丢失第三条染色体（三体挽救）或复制单体染色体（单体挽救）来挽救非整倍体。单亲二倍体发生机制-三体营救机制三体营救机制：二倍体配子与
正常配子受精结合形成三倍体合子。此后，细胞为了维持平衡，启动三体拯救，自动丢失一条染色体。拯救的后果就是虽然染色体数目正常了，但如
果丢失的染色体来源于正常配子，就会出现UPD。鉴于大多数不分离出现在母源的减数分裂I期，三体由两个不同的母源染色体和一个父源染色体
组成更常见。后续的三体拯救是通过失去一条父源染色体实现的，这样就使母源异二体更常见。减数分裂重组通常会导致受影响染色体上出现一个或
多个纯合子区（regionsofhomozygosity，ROH），但在重组被抑制的着丝粒周围杂合性保留。类似地，由于减数分裂
II期出现错误而遗传自同一亲本的染色体在所有单核苷酸多态性（SNP）标记中通常不完全表现为纯合子。由于减数分裂重组，这类染色体也可
能有杂合子和纯合子的交替区域，但在减数分裂II期出现错误的情况下，着丝粒周围总是存在纯合子单亲二倍体发生机制-单体营救机制单体营救
机制：缺体配子与正常配子受精结合形成单倍体合子，此后，细胞为了维持平衡，在卵裂过程中，单个染色体进行复制变成二倍体合子，即出现UP
D合子后的单体挽救（比三体挽救更为罕见）将导致相同同系物的完全等位体，没有杂合子区。单亲二倍体发生机制-有丝分裂交叉互换机制嵌合及
局部UPD影响染色体臂末端区域的病例，它们作为合子后事件出现，原因是在早期胚胎体细胞有丝分裂交叉互换，导致嵌合型片段单亲二倍体。这
种UPD机制导致了一部分Beckwith-Wiedemann综合征（BWS）病例，BWS是由11号染色体p15.5区印记基因簇中一
个或多个基因的活性改变引起的印记障碍单亲二倍体发生机制-其他机制其他导致UPD的罕见机制也有报道，包括受精后错误（通过体细胞重组或
基因转换）、配子互补、衍生染色体的体细胞重组、染色单体交换校正和导致额外小标记染色体(sSMC)的三体校正。UPD也被观察到可以由
染色体结构异常，包括罗伯逊易位、等臂染色体、相互易位、衍生染色体和倒位导致单亲二倍体与遗传病对于大多数染色体来说，UPD没有临床症
状。但是，一些染色体包含亲代特异性表达基因（遗传印记），这些染色体的UPD可以导致临床上可以观察到的症状现在对于母源7，11，14
，15和20号染色体UPD以及父源6，11，14，15和20号染色体UPD的临床特征已经有了详细的记载2和16号染色体UPD是否会
导致临床症状尚有争议估计所有染色体（而不仅仅是带有印记区域的染色体）的UPD发生率为2000分之一单亲二倍体与肿瘤UPD区域覆盖的
基因可能在肿瘤发生过程中发挥重要作用。其中获得性UPD有研究表明可以作为“二次打击”使抑癌基因，如APC(UPD5q)、NOTCH
1(UPD9q)、ARID1A(UPD1p)、RB1(UPD13q)、TP53(UPD17p)等失活，从而赋予细胞生长优势，引起恶
性转化而导致肿瘤的发生。UPD同样可能覆盖原癌基因，如FLT3(UPD13q)、WT1(UPD11p)、NRAS(UPD1p)等，
增强致癌活性。而原发性UPD则主要是产生了多种遗传性疾病，进而增强了癌症易感性，如后文提到的MUTYH相关腺瘤息肉病就会显著增强结
直肠癌的患病风险。02PartTwo单亲二倍体的诊断性检测2020年4月ACMG指南发布了最新的《单亲二倍体(UPD)诊断性检测
声明》，UPD已成为临床热点和难点。单亲二倍体的诊断性检测短串联重复序列（STR）标记被用于大多数UPD研究。在临床实践中，UPD
病例可以通过使用带有SNP探针的染色体微阵列（CMA）平台检测拷贝数异常来确定在全外显子组或全基因组测序的情况下，通过分析家系的S
NP分布，也可以使用算法来检测UPD甲基化特异性PCR（MS-PCR）和MS-MLPA单亲二倍体检测-短串联重复序列（STR）基于
DNA的多态性标记物分析是研究UPD的经典方法。这些标记物在整个基因组中非常丰富，许多具有非常高的杂合度（反映了群体中等位基因频率
的差异），并且非常适合多重聚合酶链反应（PCR）。先证者和父母双方的DNA样本对于描述检测到的STR等位基因的亲代起源都是必要的。
如果没有父母双方的样本，也可以利用一方的样本进行检测，但是，在一些情况下对单亲父母的测试可能不能完全排除另一方父母的单亲异二体。对
每一个目标染色体都应该检测多个标记位点。单亲二倍体检测-芯片CMA可以根据染色体（包括其着丝粒周围区域）上明显存在大量纯合区（re
gionsofhomozygosity，ROH）的情况来很容易识别出整个染色体的单亲同二体，但常规CMA分析不能在不检测父母样
本的情况下确定亲本来源。此外，单亲同二体只构成UPD病例的一小部分。整个染色体的单亲异二体更加常见，在CMA检测中可能发现其踪迹，
因为它经常与受影响染色体上的ROH相关，产生于在亲本配子发生的减数分裂过程中的交叉。但是，在经过分子生物学验证的UPD中有大约三分
之一没有扩大的ROH，从CMA中检测不到。单亲二倍体检测-NGS测序在全外显子组或全基因组测序的情况下，通过分析家系的SNP分布，
也可以使用算法来检测UPD。这些工具可以使用外显子测序数据鉴定整条染色体UPD或者大于10Mb的片段UPD。因为杂合性缺失也可以被
误测为片段性UPD，需要用后续的检测来区分这两种情况。在大多数临床实验室，UPD的评估并没有常规地纳入临床外显子组或全基因组测序分
析。但是，如果在分析过程中检测到UPD，则可以报告为次要发现，并建议对符合该次要发现的患者使用经临床验证的分析来确认。单亲二倍体检
测-甲基化除了直接检测UPD的技术，还有多种技术被用于诊断包括UPD在内的其他病因，例如甲基化特异性PCR（MS-PCR）和MS-
MLPA。它们的原理是对染色体较大区域（通常是几兆碱基大小）内的差异甲基化区（differentiallymethylated
regions，DMRs）或印记中心甲基化状态进行分析。母源或父源的同源染色体的DMRs有不同的甲基化状态，它们在已知的具有临床意
义的印记染色体区域内被绘制、测序和描述功能特征，并被认为在建立和维持周围印记基因的起源亲本特异性表达方面发挥作用。MS-PCR和M
S-MLPA分析旨在区分目标染色体上DMRs的正常甲基化谱和与印记障碍相关的异常谱，而无需父母样本。然而，这两种技术都不能区分UP
D和印记缺陷。因此，需要STR标记分析来确定UPD是否是观察到的异常甲基化模式的原因单亲二倍体检测方法对比STRMS-PCR/MS
-MLPACMANGS简介短串联重复序列(STR)是人类基因组DNA中一类具有长度多态性的DNA序列，不同数目的核心序列呈串联重复
排列。通过检测由于UPD引起的遗传印记(甲基化)变化间接检测UPD。染色体微阵列(Chromasomalmicroarrayan
alysis,CMA)技术又被称为“分子核型分析”，能够在全基因组水平进行扫描。边合成边测序，用不同颜色的荧光标记四种不同的dNT
P,根据捕捉的荧光信号获得待测DNA的序列信息优势1、可检测UPD、三倍体、亲缘关系2、快速。不需要亲本，直接与正常甲基化图谱比较
。1、能检出微重复/微缺失/ROH/UPD/三倍体/四倍体。2、易识别大片段纯和区域，故利于检测同二体。1、可以检测微重复/微缺失
/基因突变/ROH/UPD.2、可以对样本进行全基因组测序或全外显子组测序的方法，提高检出劣势检测片段性UPD,嵌合UPD，组织
特异性UPD存在不足无法区分UPD到底是不是甲基化异常的真正原因，可以结合STR.若无大片段纯和难以检测，单个标本的CMA检测可能
漏检1/3的UPD.费用较高03PartThree常见单亲二倍体疾病11号染色体UPD父源UPD11和Beckwith–Wied
emann综合征母源UPD11和Russell–Silver综合征Beckwith–Wiedemann综合征（BWS,MIM1
30650）是一种先天性生长过度疾病，易发生肿瘤。这个疾病是由两种不同的甲基化中心（DMRs）导致的，分别为11号染色体短臂的调节
H19和IGF2表达的遗传印记中心1（imprintingcenter1，IC1）和调节CDKN1C,KCNQ1以及KC
NQ10T1表达的IC2。通常造成BWS的是影响印记中心的甲基化异常。11p15的部分父源UPD占BWS病人的约20%，它会造成正
常表达的父源IGF2(位于IC1区)双倍表达，编码一种强力的胎儿生长因子。UPD表现为固定地起源于一个体细胞重组事件，导致父系同
构。据推测，非嵌合的整条染色体UPD11可能是致命的，事实上，大多数病例中都是嵌合体，证实了UPD的合子后起源。在产前环境中检测到
涉及11号染色体的非嵌合ROH可能与胎儿死亡的高可能性有关。Russell–Silver综合征(RSS,MIM180860)的
特征是产前和产后生长不良，头大，四肢、身体和/或面部不对称。完全和部分母体UPD7约占RSS患者的7-10%。在许多RSS病人中报
道了母源片段UPD导致的部分性UPD7局限在7号染色体长臂，导致位于7q32.2的MEST基因的印记中心过度甲基化。母源UPD7同
二体和母源异二体均在RSS病人中被报道过。7q的嵌合母源片段UPD也有一些报道。14号染色体UPD母源UPD14和Temple综合
征父源UPD14和Kagami–Ogata综合征Temple综合征（TS,MIM616222）特征是出生前后的生长不良，轻度发
育落后，肌张力低，关节过度伸展，手脚小，躯干肥胖，早熟，成人身材矮小。母源UPD14是TS最广为认知的病因，导致了位于14q32.
2的所有父源基因（DLK1,RTL1,和DIO3）不表达以及母源基因过表达（非编码RNAsGTL2/MEG3,MEG8,R
TL1as，microRNAs和smallnucleolarRNAs[snoRNAs]）。在一些罕见病例，母源UPD14与嵌
合，罗伯逊易位和额外小标记染色体（sSMC）相关。Kagami–Ogata综合征（KOS,MIM608149）有一系列严重的症
状：羊水过多，大脐膨出，胸部发育不全（X片上衣架征），呼吸衰竭，腹壁缺损，生长不良，发育迟缓，面部畸形，包括脸颊饱满和人中突出。父
源UPD14造成了三分之二的KOS，剩余的三分之一和母源14号染色体微缺失和表观遗传缺陷相关。14号染色体q32.2区RTL1过表
达和MEG缺失是导致这些患者表型异常的主要因素。15号染色体UPD母源UPD15和Prader–Willi综合征父源UPD15和A
ngelman综合征Prader–Willi综合征（PWS，MIM176270）临床表现有新生儿低张力和吸吮不良，发育迟缓和/或
智力障碍，儿童期肥胖，身材矮小，性腺功能减退和行为问题。母源UPD15是PWS病人中第二高的病因，占病例数的20-30%。母源UP
D15的病人缺少遗传印记15q11.2-q13区域父源基因（MKRN3,MAGEL2,NDN,SNURF-SNRPN,和一些
snoRNAgenes）活性，而母源基因（UBE3A和ATP10C）过表达。母源不分离事件导致UPD15-PWS和减数分裂I期错
误相关，很少病例源于减数分裂II期或合子后错误。母源UPD15和涉及15号染色体的罗伯逊易位，嵌合，等臂染色体以及sSMC相关。A
ngelman综合征（AS,MIM105830）表现为严重的智力损害，语言缺失，共济失调的运动和步态，小头症，癫痫发作，以及愉
快的性格与阵发性笑声。父源UPD15占AS病例的3-7%。父源UPD15的病人缺少位于15q11.2-q13的母源UBE3A和AT
P10C基因活性。遗传印迹的UBE3A表达仅限于脑细胞，而其在母体15号染色体上的表达缺失被认为是导致该病表型的主要原因。一般来说
，父源UPD15与AS相关的病例反映了由于合子后有丝分裂错误而导致的同二体UPD，尽管由于减数分裂II期（MII）错误而导致的病例
也会发生这种情况。父源UPD15很少源于亲代罗伯逊易位或等臂染色体。20号染色体UPD母源UPD20和Mulchandani–Bh
oj–Conlin综合征父源UPD20与1b型假甲状旁腺功能减退母源20号染色体UPD（Mulchandani–Bhoj–Conl
in综合征，MIM617352）,但是没有20染色体三体嵌合非常稀少，仅有不到20例报道。这种情况的特点是宫内和产后生长不良，喂
养困难突出，成长困难。大多数患者没有畸形特征、先天性异常或严重发育迟缓。与RSS和其他主要表现为出生前和出生后生长不良和身材矮小的
疾病有明显的表型重叠。但是在大多数已发表的病例中，CMA检测有基因分型模式提示UPD是由于减数分裂II期错误或合子后有丝分裂错误，
而不是通常更常见的减数分裂I期不分离。20号染色体的父系UPD导致1b型假甲状旁腺功能减退（PHP1B，MIM603233），其
特征是肾脏对甲状旁腺激素抵抗，表现为低钙血症、高磷血症和异常高的甲状旁腺激素水平。这种情况通常是由于20q上的GNAS基因DMR缺
失，或STX基因缺失引起的，STX基因是GNAS位点甲基化的远程控制元件。这些缺陷导致肾组织中缺乏母体Gs-α亚型的表达。由父系U
PD20引起的PHP1B十分稀少。父源UPD6与暂时性新生儿糖尿病暂时性新生儿糖尿病（TNDM,MIM601410）是一种罕见
但被广为认知的糖尿病类型，由6q24.2染色体上的LAGL1和HYMAI印记位点的过度表达引起。包含LAGL1和HYMAI的部分或
者整个父源UPD6占被报道TNDM病例的约40%。TNDM病人出现巨舌或其它认知损害强烈提示UPD。大部分父源UPD6是单亲同二体
，因此增加了隐性遗传病的风险，包括HFE相关遗传性血色素沉着症（MIM235200），甲基丙二酸血症（MIM251000）和2
1-羟化酶缺乏致先天性肾上腺皮质增生症（MIM201910）。母源UPD7和Russell–Silver综合征Russell–S
ilver综合征(RSS,MIM180860)的特征是产前和产后生长不良，头大，四肢、身体和/或面部不对称。完全和部分母体UP
D7约占RSS患者的7-10%。在许多RSS病人中报道了母源片段UPD导致的部分性UPD7局限在7号染色体长臂，导致位于7q32.
2的MEST基因的印记中心过度甲基化。母源UPD7同二体和母源异二体均在RSS病人中被报道过。7q的嵌合母源片段UPD也有一些报道
。UPD引起的MAP综合征MUTYH基因编码A/G特异性腺嘌呤DNA糖基化酶切除修复蛋白，也被称为hMYH，该蛋白可以切除与8-
O-G（DNA损伤产物）结合的腺嘌呤核苷酸。该基因纯合型生殖系变异能够引起MAP（MUTYH相关腺瘤息肉病）综合征发生，该病以常染
色体隐性方式遗传，与结直肠癌高风险相关。发病平均年龄约为45岁，而发展为CRC的平均年龄约为50岁。发现一例由UPD引发的纯合突变
，详细信息如下：患者为41岁男性，患乙状结肠癌，曾有直肠多发息肉的病史，无家族史，患者目前为pT4N2M0。产后UPD检测的适应症
01020304评估有发育落后/智力损害的病人，伴或不伴认知障碍，有涉及14或15号染色体的罗伯逊易位家族史或新发罗伯逊易位。评估
有发育落后/智力损害的病人，伴或不伴认知障碍，发现有从14号或15号染色体衍生的多余的结构异常的染色体。父母一方为常染色体隐性疾病
致病变异携带者，患者为纯合子，且没有其他基因内缺失等其他原因。暂时性新生儿糖尿病（TNDM）病人在6q24DMR区域过度甲基化。U
PD6的测试可以与MS-MLPA同时进行，也可以在其后进行产后UPD检测的适应症05060708临床表现或者查体提示母源或父源UP
D14的患者。UPD检测可以与甲基化检测同时或在其之后临床怀疑Russell–Silver综合征的病人。UPD7检测可以与11p1
5的IC（imprintingcenter1）甲基化检测同时进行或在其之后。Beckwith–Wiedemann综合征（BWS）
的病人在11p15的IC1区过度甲基化或者IC2区去甲基化。需要说明BWS的一线分子生物学检测应该包括IC1和IC2的DNA甲基化
。Prader–Willi综合征(PWS)或者Angelman综合征（AS）的病人，甲基化检测异常（不是MS-MLPA）但是核型分
析和CMA正常。尽管CMA检测发现的大型ROH（regionsofhomozygosity）高度提示UPD，仍旧需要其它检测手段
进行确认。需要强调DNA甲基化检测是PWS和AS的一线检测方法。产后UPD检测的适应症091011表现出难以解释的严重X连锁疾病的
女性，并且在位于X染色体的基因上发现纯合致病突变。男性患者出现难以解释的父亲-儿子遗传的X连锁疾病。1b型假甲状旁腺功能减退（PH
P1B）GNAS复合体区域差异甲基化区（differentiallymethylatedregions，DMRs）甲基化检测发现
异常，核型和CMA结果正常。还有在SNP阵列上发现20号染色体有ROH的生长不良及喂养困难的患者。产前UPD检测的适应症1.羊膜
穿刺术或绒毛取样(chorionicvillussampling,CVS)中6、7、11、14、15或20号染色体三体或单体
的II级或III级嵌合。2.CVS中6、7、11、14、15或20号染色体三体或单体的II级或III级嵌合，羊膜穿刺术核型分析正
常。产前UPD检测的适应症3.在植入前基因筛查（PGS）的背景下，移植6、7、11、14、15或20号染色体三体或单体的嵌合胚胎
后，应进行包括UPD检测在内的产前检测。由于在PGS中具有完全正常核型的胚胎是罕见的，检测嵌合异倍体并不会停止移植。正如在UPD机
制下所讨论的，导致嵌合体的过程之一可能涉及一个最初异常的概念，通常是由于减数分裂错误，随后通过产生正常细胞系的有丝分裂事件来解救。
解救时机将决定正常和异常细胞系在胎儿和胎盘中的分布。对于嵌合体的胚胎，解救可能产生核型正常但有发生UPD风险的胎儿。产前UPD检测
的适应症4.产前的影像学检查符合UPD表型，典型的例子是父源UPD14出现病理性衣架征。脐膨出、巨舌、内脏肿大、肾上腺肿大或机制
不明显的巨结肠也是Beckwith–Wiedemann综合征（BWS）的典型产前表现。自然羊水是UPD11检测的首选组织，但嵌合程
度可能与胎儿的真正嵌合程度无关，因此预测产后表型结果具有挑战性。此外，在阴性结果的情况下，不能排除嵌合UPD的存在。另一方面，胎儿
生长受限可被视为RSS或moverdanani-Bhoj-Conlin综合征的相对指征，但这一发现相对较常见，单一存在不应视为指征
。产前UPD检测的适应症5.基于CVS或羊膜穿刺术发现遗传或新发的涉及14号或15号染色体的等臂染色体或者平衡罗伯逊易位。遗传或新发的易位均会增加UPD的风险。6.胎儿发现无明显常染色质的新发额外小标记染色体（sSMC）。7.印记染色体之间的非罗伯逊易位，可能3:1分离，导致三体或单体挽救或配子互补。虽然理论上每一个增加不分离发生率的染色体异常都会增加相关染色体发生UPD的风险，但只有很少的病例报告。临床和诊断注意事项总结12354可能UPD已知UPDSTR检测进一步确定ISCN指南已知与UPD临床相关的染色体包括6、7、11、14、15和20号染色体a.对与UPD相关的疾病的临床、生理或超声特征相符的受试者进行评估。b.对不遵循典型孟德尔遗传模式的疾病进行分子生物学研究，包括隐性遗传病和X连锁疾病。c.产前或产后检查发现14或15号染色体结构异常。d.已知与UPD表型相关的染色体的产前三体或单体嵌合体。应使用多态性标记物对从儿童/胎儿和至少一位父母收集的DNA进行检测在全外显子组或全基因组测序的背景下，通过分析家系基因型数据的SNP分布可以确定UPD。但是，除非UPD分析得到诊断实验室的临床验证，否则临床上需要通过STR分析进行确认。用CMA检测单亲同二体UPD需要临床相关性和进一步的检测来确定其来源。报告结果包括至少两个目标染色体的有效信息（informative）的标记物，并使用当前的ISCN指南。谢谢聆听 |
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