染色體多態性在生殖異常方面的臨床效應

張印峰，李瑩，史蕊，張瑤佳，羅海寧，馬俊芳，張云山*

(1. 天津市中心婦產科醫院 天津市人類發育與生殖調控重點實驗室，天津 300052；2. 天津醫科大學，天津 300070)

染色體多態性是染色體異染色質區一種微小而恒定的非病理性變異，包括結構、帶紋寬窄、著色強度等方面的變異，廣泛存在且遵循孟德爾遺傳規律。染色體多態性主要發生在著絲粒、隨體、次縊痕和Y染色體等的異染色質區，這些區域主要是由不編碼蛋白質的高度重復性衛星DNA序列組成，因此染色體多態性最初被認為是正常的核型變異[1]。染色體多態性可能與多種生殖異常相關：Tempest等[2]發現染色體的多態性可能與女性不孕和不孕癥治療后不良妊娠結局相關；Morales等[3]發現男性染色體多態性攜帶者的精子和子代胚胎中，非整倍體檢出率增高；Sun等[4]的研究明確了染色體多態性是多核化胚胎出現的獨立影響因素。但姜永輝等[5]發現在輔助生殖治療中，染色體多態性對受精率、優胚率、著床率、妊娠率、生化妊娠率、早產率、子代男女比例和子代畸形率等無顯著影響，但可能會增加早期流產率；胡衛華等[6]近期研究發現染色體多態性患者行輔助生殖技術治療后的胚胎結局與正常人群差異無統計學意義。

關于染色體多態性的檢出率，目前國內尚無可靠的流行病學報道。郭南等[7]發現10 213例不孕不育患者中存在染色體多態性的患者有260例，檢出率為2.5%。目前尚無染色體多態性在正常人群中檢出率的相關描述。朱佳鵬等[8]對廣東省4 289例接受遺傳咨詢者的染色體進行分析，檢出471例染色體多態性(10.98%)，其中1、9、16號染色體次縊痕延長168例(35.67%)，D、G組染色體多態性140例(29.72%)，9號染色體臂間倒位102例(21.66%)，Y染色體多態性61例(12.95%)，檢出率的不同可能與患者人群有關。

目前對于染色體多態性的臨床效應尚未得出統一結論，但其對生殖健康的影響不容忽視。在配子形成方面，染色體多態性可能影響同源染色體聯會，從而引起不孕、死胎、流產、子代畸形等生殖異常[9-10]。隨著當今社會對生殖健康日益重視、不孕不育發病率逐漸升高，生育期檢查、輔助生殖技術的廣泛應用及產前診斷技術不斷發展，臨床中檢出染色體多態性后，如何科學合理地向患者及家屬闡明其臨床意義以及給出正確建議，都是生殖遺傳和產科醫生必須面對的問題。本文據近年來國內外相關的研究，將常見染色體多態性的類型及其在生殖健康方面的臨床意義綜述如下。

一、染色體臂間倒位

染色體臂間倒位被定義為染色體長臂(q)和短臂(p)各發生一次斷裂，斷裂片段旋轉180°后重新接到兩個斷點末端，用符號表示為inv。人類9號染色體異染色質區域最大，因此所有非近端著絲粒染色體中，inv(9)最為多見[11]。有學者認為其不屬于病理表型[12]，也有學者認為inv(9)具有臨床遺傳效應[13]。其導致生殖異常的可能原因包括：(1)影響同源染色體的配對[14]。減數分裂時，同源染色體會形成一種環狀結構(即倒位環)。染色體臂間倒位時，雖無明顯遺傳物質丟失，但倒位片段旋轉重接，改變了原有基因順序，其著絲粒位于倒位環內，經姐妹染色單體交叉互換后可形成4種配子：攜帶臂間倒位的配子1個、正常配子1個、片段缺失或重復的配子2個。而片段重復或缺失的配子就可能導致不孕不育、死胎、流產、胎兒畸形等生殖異常[15]；(2)染色體間相互效應(Interchromosomal effect，ICE)[16]，即其他染色體的配對可能受inv(9)的影響，因為同源染色單體的非成對片段會干擾其他二價染色體，造成其在減數分裂期間不分離，從而產生二倍體配子，導致生殖異常。但Xie等[17]認為囊胚染色體中inv(9)對其他染色體的ICE缺乏遺傳學方面的證據，因此仍需進一步的實驗來明確ICE的作用機制。

大量的研究顯示inv(9)與生殖異常有一定的關系。陳歡等[13]研究發現inv(9)攜帶者胚胎染色體異常率較非inv(9)組高(62.2% vs. 51.5%，P<0.05)，會增加其它染色體異常的概率且可能影響胚胎移植，增加流產發生的風險。Yuksel等[18]的研究中提到inv(9)攜帶者可能發生復發性流產，還可能增加子代唐氏綜合征、發育遲滯等異常的風險。有研究表明，inv(9)攜帶者患唐氏綜合征的后代中inv(9)攜帶率增加[19]。唐氏綜合征與母體血清中甲胎蛋白(AFP)、HCG和雌三醇(E3)濃度有關。國外學者通過以上三種血清標志物篩查發現，inv(9)是唐氏綜合征患者最常見的染色體多態性核型[20]。Malinverni等[21]報道了一例inv(9)攜帶者，該患者有言語功能和神經發育遲滯、智力障礙、面部畸形等異常。也有學者認為inv(9)并不會造成生殖異常。Jeong等[22]研究發現先天性畸形新生兒及其父母中inv(9)發生率和正常人群無統計學差異。也有研究發現inv(9)攜帶組的早期流產率、活產率與對照組間差異無統計學意義究[23]。

關于inv(9)常發生的位點，目前研究尚未形成統一認識。報道的inv(9)種類有inv(9)(p11q12)、inv(9)(p11q13)、inv(9)(p11q21)、inv(9)(p12q13)、inv(9)(p13q13)和inv(9)(p13q21)[24]。一項回顧性研究顯示，研究人群中檢測出的inv(9)主要發生在p11q13，此位點的變異可能是復發性流產的病因[25]。因此，對于9號染色體臂間倒位的進一步研究或可分區段進行。

二、染色體次縊痕長短變化

次縊痕是1、9、16號染色體異染色質區在染色p、q上凹陷縮窄的部分。這些區域主要為高度重復的非編碼DNA序列，其增加或減少可導致次縊痕的增長或縮短，用符號表示為qh+或qh-，是一種常見染色體多態性。Inan等[26]研究發現，在土耳其地區，產前診斷孕婦的胎兒染色體多態性檢出率為5.3%，常見于1、9、16號染色體上(分別為54.5%、8.9% 和6.9%)，其中最常見的是9qh+(22.8%)。有研究報道，1、9、16號染色體qh+或qh-屬于正常的染色體變異，不產生表型效應，也不能導致不孕不育或不良妊娠結局[27]。但也有研究發現染色體次縊痕區異染色質增加與生殖異常相關。Minocherhomji等[28]觀察到，與對照組相比較，原發性不孕癥患者(16.22% vs. 6.41%，P=0.001)和男性因素嚴重不育患者(14.69% vs.4.25%，P=0.001)的9qh+檢出率增加，差異有統計學意義，表明qh+與不孕不育、生育力低下有關；王桂玲等[29]統計得出復發性流產組qh+檢出率明顯高于對照組(4.71% vs. 2.41%，P<0.01)，提示染色體多態性qh+與復發性流產可能存在相關性，不能忽視其臨床效應。有學者分析了一對多次IVF失敗夫婦的3枚胚胎的染色體，發現其中2枚胚胎的染色體存在16qh-多態性，并進一步分析確定該多態性源自母系的家族遺傳[30]。

發生以上臨床效應的機制可能為：同源染色體聯會時形成的聯會復合體(synaptonemal complex，SC)沿染色體軸向全長分布，SC以拉鏈式或多點式閉合，使同源染色體實現配對和聯會，同時有助于維持同源染色體配對的穩定性和同源染色體的交叉互換；聯會過程中的某些異常，如SC上出現缺口(gap)、未配對區(split)或完全不聯會(complete asynapsis)會干擾甚至阻止減數分裂，影響配子的正常形成，造成不孕不育[10]。在同源染色體聯會時，1、9、16號染色體次縊痕增加或縮短，導致姐妹染色單體的異染色質區形態不同而出現聯會缺口或未配對區，導致聯會困難、延遲甚至不能聯會[31]。在減數分裂時姐妹染色單體不分離導致產生不平衡配子，從而無法受精或形成非整倍體胚胎，進而導致流產、死胎和畸形兒出現[32]。

雖然目前對于1、9、16號染色體qh+或qh-是否影響生殖尚無統一定論，尤其對qh-多態性的研究不足，仍需積累臨床數據，進一步研究。但基于其可能機制及臨床表現，發現時也應給予重視，加強孕期檢查。

三、D、G組隨體、隨體柄、短臂及著絲粒區變化

D組(13、14、15)號染色體和G組(21、22號及Y)染色體為近端著絲粒染色體，Y染色體多態性在后文描述。D、G組染色體的多態性涉及隨體增大/縮小(ps+/ps-)、隨體柄增長/縮短(pstk+/pstk-)、短臂長度增加/縮短(p+/p-)、著絲粒改變(cenh+/cenh-)和雙隨體或多隨體。D、G組次縊痕區位于隨體柄處，同時又在核仁組織區(nucleolus organizing region，NOR)，該位置的異染色質變化可能影響核仁組織區的功能，而著絲粒區異染色質的變異，影響著絲粒動粒復合體(centromere-kinetochore complex，CKC)的功能，使染色體運動和同源染色體分離受到影響，可能導致非整倍體配子的形成[33]，導致流產、死胎和畸形兒發生。有研究認為D、G組的多態性不具有臨床效應[25]，但更多研究表明其與生殖異常相關[4-5，7]。例如有研究指出，21ps+是產生非整倍體精子的男性中最常見的常染色體多態性[3]。

D、G組染色體多態性在人群中的檢出率較高，在臨床工作中也不應忽視其可能存在的臨床效應，要結合患者各方面情況綜合評價生育風險。

四、Y染色體多態性

Y染色體是人類最小的近端著色粒染色體，由擬常染色質區和Y特異區組成，其中包含常染色質和異染色質的Y特異區占大部分，Y染色體多態性主要為該部分異染色質延長、縮短、倒位重排等改變。大Y、小Y和Y染色體臂間倒位等較為常見。Wang等[34]比較了507對復發性流產夫婦及465對正常夫婦，發現攜帶Y染色體多態性的夫妻，女方的妊娠期孕齡更短，發生不明原因復發性流產更頻繁，且平均懷孕間隔更長，因此考慮Y染色體多態性是不明原因復發性流產的獨立危險因素。

1.大Y、小Y：Y染色體大于或等于18號染色體稱為大Y(Yqh+)，Y染色體小于或等于21號染色體稱為小Y(Yqh-)。Y染色長度增加的可能原因為長臂遠端異染色質區的串聯重復序列過度重復，這種過度重復使Y染色體不穩定性增加，可能使常染色質基因表達受到影響，通過干擾精子發生、發育等相關基因的功能影響精子發生、受精卵分裂分化和胚胎的正常發育，導致男性精液質量異常，其配偶則可能出現流產、死胎、胚胎發育異常等異常妊娠結局[34]。許多研究均表明Yqh+和Yqh-可能影響男性的精子生成，易產生少精子癥或弱精子癥，嚴重者可為無精子癥，如周丹妮等[35]統計得出在嚴重少精子癥或弱精子癥中Yqh+的比例最高，為38.46%，Yqh-也高達15.38%；Xiao等[36]觀察72名Yqh+攜帶者與989名非攜帶者的IVF臨床結局發現，Yqh+攜帶者的受精率[50.05% vs. 66.01%，P<0.05，95%CI(0.49，0.57)]、著床率[8.33% vs. 20.87%，P<0.05，95%CI(0.14，0.87)]、臨床妊娠率[17.39% vs. 39.59%，P<0.05，95%CI(0.11，0.96)]均明顯降低。小Y出現的原因可能為Y染色體異染色質片段缺失，其與決定性別及精子生成相關的常染色質基因(如AZF，一種控制精子發生的基因)相鄰，可能影響相關基因的表達甚至微缺失。有報道指出存在Y染色體多態性合并AZF基因微缺失現象，并已有研究證實AZF微缺失可引起不同程度的精子質量異常[37]。汪小波等[12]研究指出，只有伴隨AZF微缺失的Yqh-才可影響精子生成。Goncalves等[38]深入分析了3種AZF微缺失的臨床效應，發現AZFc缺失者獲精率和妊娠率較好，AZFa和AZFb缺失者預后較差，且易遺傳至下一代。

2.Y染色體臂間倒位：與常染色體臂間倒位所致的倒位環異常不同，Y染色體和X染色體在配對時，配對聯會及交叉互換僅發生在同源基因片段(即Y染色體的擬常染色質區)，并不形成倒位環，因此inv(Y)可能并不影響聯會復合體的功能。Y染色體的臂間倒位可能直接破壞了AZF或合并有AZF的微缺失，從而引起相應的臨床效應，更可能通過影響倒位片段斷裂點附近的常染色質的基因表達而造成異常，尤其使AZF區斷裂重排，可能引起攜帶重要基因的常染色質異染色質化[39]。然而，何瑤等[40]研究發現男性Y染色體AZFc區缺失雖會造成精子濃度下降，但對體外受精、早期胚胎發育及妊娠結局無顯著不良影響。可見對于inv(Y)的表型效應尚未得出統一的結論，目前的研究多關注臨床表型，而基因作用機制相關的研究較少，inv(Y)是否有臨床意義，仍需進一步研究。

總而言之，已有大量的臨床研究表明染色體多態性對生殖異常可能存在一定影響，目前的研究大多是探究各種染色體多態性與不孕不育患者妊娠結局的關系，主要監測指標是臨床妊娠率、早期流產率、流產再發風險等。由于研究設計或樣本量的問題，染色體多態性在子代的畸形、發育異常、智力低下等方面的影響還沒有充分的證據。為了明確其具體機制，還需在遺傳學、表觀遺傳學方面進一步研究。隨著二代測序技術的應用、高分辨染色體檢測逐漸增多，我們應加強多態性患者孕期產檢、產后隨訪，必要時建議對患者或其羊水行高分辨率染色體檢測，為后續臨床實踐提供更充分的證據。目前不能簡單地將染色體多態性等同于正常染色體核型，臨床醫生應結合病史為此類人群提供更合理的遺傳咨詢。