拷贝数变异（CNVs）相关基本概念、检测和评级

生信与基因组学

1. 基本概念

CNVs（Copy Number Variantion）: 即拷贝数变异，与生长发育迟缓、行为言语障碍以及神经发育迟缓、自闭症谱系障碍等疾病相关。

ROH（Region Of Homozygosity）：纯合性区域，指在拷贝数正常状态下，该区域内基因组序列表现为纯合，导致ROH的原因可能为UPD。

LOH（Loss Of Heterozygosity）：杂合性缺失，表现为该区域内不存在杂合的状态。

AOH（Absence Of Heterozygosity）: 杂合性不存在，和LOH一样。

UPD：单亲二体，指父或母一方的染色体片段被另一方的同源部分取代，或某一个体的两条同源染色体都来自同一亲本，主要发生在胚胎期，常表现为CPM。普通人群中，父源UPD与母源UPD比例为1:3，且UPD常出现在16号、4号、22号、1号、21号和X染色体。UPD在高龄孕妇中更容易发生；UPD是产前发育异常、儿童智力底下和发育迟缓等疾病中重要的原因（新生儿UPD发生率约1/2000）。

单亲异二体(heterodisomy, UPhD)：指两条染色体来自同一亲本的两条同源染色体。

单亲同二体(isodisomy, UPiD)：指两条染色体来自同一亲本的同一染色体，会导致隐性遗传基因突变的激活。

复合型单亲二体(mix-UPD)：部分表现为单亲同二体，部分表现为单亲异二体。

片段性单亲二体(segmental UPD, seg-UPD)：指染色体的一部分片段表现为UPD。

CPM（Confined Placental Mosaicism）: 限制性胎盘嵌合，指异常细胞系几乎只存在于胎盘，而不存在于羊膜细胞或其他胎儿组织中，即染色体嵌合异常仅存在于胎盘而胎儿染色体正常的现象。

IBD（Identity-By Descent）：血缘同源，亲属个体基因序列由某一共同祖先基因拷贝而来，异常同源染色体分别来自父母，基因序列完全相同，导致出现纯合区域，大多数由于近亲结婚导致，导致ROH的原因可也能为IBD。

VAF（Variant Allele Frequency）：变异等位基因频率，即基因组某个位点支持alternate/mutant allele的reads覆盖深度占这个位点总reads覆盖深度的比例。VAF计算公式：VAF=AD/DP，其中AD代表Allele Depth， DP代表Total Depth。

在二倍体胚系分型中，杂合位点的VAF在高测序深度下比例应接近0.5，表示该位点allele均存在一个拷贝；当VAF比例为0.25 / 0.75时，表示基因组能存在另一个拷贝。肿瘤组织（或ctDNA）变异检测结果会包含正常的allele和突变的allele，通过计算VAF可推断肿瘤的异质性和肿瘤纯度（tumor purity），并且VAF的高低可能会影响癌症的预后。

MAF（Minor Allele Frequency）：次等位基因频率，在群体遗传学中表示群体中丰度次高（第二高）的allele的频率，用来区分某个allele是多态性还是稀有变异。

肿瘤纯度（tumor purity）：指的是样本中肿瘤细胞占所有细胞的比例。肿瘤组织取样混入正常细胞会对后续分析产生影响，因此生信分析中需要借助肿瘤纯度对分析进行矫正。

2. CNV-seq简介

CNV-seq为拷贝数变异测序，是一种全基因组测序，可以检测基因组23对染色体的非整倍体及大于100kb的CNVs，因此可准确定位到致病CNVs。CNV-seq一般针对的是流产物或全血，可运用于不孕不育和反复流产原因排查、产前超声结构异常检测、无创产前检测、羊水穿刺检测、复杂疾病和严重遗传病致病因素排查（诸如先天性心脏病、威廉姆斯综合征、癫痫、唐氏综合征等）、辅助生殖、法医检测、肿瘤早筛、嵌合体排查等。

CNV-seq 数据分析：

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2.1 低深度CNV-seq

低深度全基因组测序，低深度CNV-seq检测项目一般测序深度大多在0.05x至1X，一般分辨率可到100kb，无法获取大多数SNPs位点的杂合性和等位基因频率（AF），因此CNV-seq无法检出包含单亲二体（UPD）在内的杂合性缺失（LOH。

2.2 中深度CNV-seq

中深度CNV-seq检测项目一般测序深度大多在3X，相比于低深度CNV-seq，CNVs检出率和分辨率有大幅提升，在变异检测时选取人群频率高的位点，使用滑窗对位点的VAF进行平滑处理能进行ROH的检测。

非唯一比对区域、重复区域、或GC异常区域，无论是CMA还是低深度/中深度CNV-seq都是检测的灰区（或称为盲区。）

3. CNVs的评级

对于CNV-seq检测到CNVs：

（1）先评估CNVs区域涉及的编码蛋白的基因，是否涉及已明确的疾病；（2）DGV数据库查看该CNVs在正常人群中是否存在；（3）ClinGen数据库查看该CNVs是否涉及剂量敏感区域；（4）Decipher数据库是否能检索到该CNVs的病例/案例；（5）PubMed是否能检索到与该CNVs相关的已发表的文献报道。

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