1號染色體平衡易位及其斷裂點位置與人精液質量的相關性分析

劉 敬，韓婷婷，孟祥黔，黃婷婷，溫子娜，周凌易，廖 雪，李凌霄，張心悅，鐘 影，黃繼華，

(1．成都市錦江區婦幼保健院生殖醫學中心，四川 成都 610061；2．成都錦欣生殖醫學與遺傳學研究所，四川 成都 610061)

不孕不育是當今社會育齡夫婦的常見疾病，發生率達10%～12%，其中男性因素不育約占50%[1]。非梗阻性無精、弱精及精子畸形是造成男性不育的重要原因。染色體核型異常、Y 染色體缺失、囊性纖維化跨膜轉導調節因子(cystic fibrosis transmembrane conductance regulator，CFTR)基因的變異是已知的可以導致無精或嚴重寡精的遺傳因素[2]。由染色體異常引起的男性不育患者在人群中比例高達5.1%，其中涉及性染色體異常約為3.8%，涉及常染色體異常占1.3%[3]。有文獻報道，染色體相互易位可以導致精子生成障礙且1 號染色體斷裂位點的數目高于其他染色體[4]。本文對涉及1 號染色體相互易位的29 例男性患者，分析了他們的精液質量與染色體平衡易位之間的關系，并對如何降低易位給生殖健康帶來的負面影響提出了合理建議。

1 材料與方法

1.1 研究對象

在2017年1月—2019年12月于成都市錦江區婦幼保健院生殖醫學中心就診的患者中，選取年齡25～46歲、經臨床確診涉及1號染色體相互易位的29例男性患者作為研究對象。所有研究對象的生殖激素水平正常，排除人類免疫缺陷病毒、丙肝病毒、蒼白(梅毒)螺旋體、衣原體、支原體等感染以及精索靜脈曲張和其他解剖結構異常等能影響男性精液質量的因素。

1.2 方法

1.2.1 G顯帶核型分析在無菌條件下每位患者采集2 mL 外周血，常規進行淋巴細胞培養(37 ℃，72 h)，收獲細胞前3 h加入50 μg/mL秋水仙堿。收獲的細胞經離心去上清，固定、滴片、消化、Giemsa染色等步驟，制備染色體標本，顯微鏡下用蔡司染色體核型分析系統進行核型分析，每例樣本計數20個分裂相完整的核型，分析8個分散好、中等長度的中期分裂相。

1.2.2 精液收集禁欲3～7 d，手淫法采集精液標本于一次性廣口無菌杯內，置于37 ℃孵箱液化。

1.2.3 精液常規分析應用西班牙精子分析系統(Sperm Class Analyzer，SCA)，按照世界衛生組織(World Health Organization，WHO)《人類精液檢查與處理實驗室手冊》(第五版)[5]進行精液常規分析，包括精液體積、精子濃度、存活率、前向運動精子百分率等指標。

1.3 統計學分析

染色體斷裂位置與精子密度、精子活力的相關性采用列聯系數(coefficient of contingency)分析。

2 結 果

染色體分析結果見表1，本研究統計分析了來院就診的29例1號染色體易位攜帶者。染色體易位涉及1 號染色體1p34-1q44，其中長臂16 例，短臂13 例；臨床表現主要為原發性不育患者15例，繼發性不育患者5例，無精癥4例，少弱精患者4例，隱匿性精子癥1例。

精液分析結果表2，顯示1號染色體易位區域共涉及14 個斷裂點；其中在長臂的有16 例，精子的密度和活力均正常2 例，密度和活力均異常1 例，密度或活力異常共計13 例；在短臂的有13 例，精子的密度和活力均正常2 例，密度和活力均異常3 例，密度或活力異常共計8例；1p22、p13、p12、q12、q21、q22區域發生斷裂的精液樣本精子的密度與活力均明顯下降，尤其是p13-q25 區域斷裂的染色體易位患者不僅少精而且嚴重弱精。統計學分析顯示斷裂位置與精子密度、精子活力的列聯系數分別為0.821、0.803，提示斷裂位置與精子密度與活力均有較高的相關度，但因樣本量較少，尚無統計學意義，提示我們后續需增加樣本量以進一步確認此相關關系。

表1 1號染色體相互易位患者的核型分析及臨床診斷

3 討 論

平衡易位是常見的染色體結構異常。它通常與胚胎反復停育、胚胎種植失敗和流產密切相關[6]。本研究應用WHO頒布的標準，對涉及1號染色體平衡易位患者的精液質量進行了分析，結果總結如下：①29例患者的1 號染色體上共有14 個斷裂點，分布在1p34-1q44，短臂上16 個，長臂上13 個。②易位斷裂點在染色體上位置不同，患者精液質量異常的程度不同。同一斷裂點(1p34、1q21)的所有患者精子密度和活力均異常者4 例；同一斷裂點(1p31、1q22 和1q44)的所有患者精子密度和活力均正常者4 例，其他斷裂點的患者精子密度或精子活力異常，共21例。精子密度與活力異常的程度從輕度、中度、嚴重到極度均有發生，斷裂點發生在1p22、1p13、1q12、1q21 和1q25的患者中出現極度少精子癥和極度弱精子癥。③精子密度和精子活力異常的患者比例高。除4 例患者精子密度與活力均正常外，其余25例患者的精液質量均出現不同程度的異常，占所分析病例的86%(25/29)，表明精液質量與發生在1號染色體上的易位密切相關。

表2 患者1號染色體斷裂位置與精子密度、活力的關系

人類配子的形成需通過減數分裂來完成。從第一次減數分裂偶線期開始，同源染色體中的父源與母源染色體發生配對、聯會、分離和重組，其中任一環節發生錯誤將使減數分裂阻斷，導致配子形成障礙，最終引起生育能力下降甚至不育。相互易位攜帶者在其配子發生過程中的減數分裂后期，染色體走向兩極時呈現2∶2、3∶1、4∶0三種分離方式，其中2∶2分離又包括交互分離、鄰近I分離和鄰近Ⅱ分離。除了交互分離外，其他各型分離方式的結果是產生染色體不平衡配子，其染色體構成具有不同程度的缺失和重復，因而造成相應片段上的基因缺失和重復。本研究中患者為男性相互易位攜帶者，其不平衡配子由于基因缺失和重復不能形成正常精子，或凋亡導致精子密度減少，或發育異常導致精子活力降低[7-8]。隨著易位類型、斷裂點位置不同[9-11]，染色體不平衡配子發生率在19%～91%間變異[9，12-14]，其染色體缺失和重復的程度不相同，位于相應片段基因的缺失和重復也不相同。這就解釋了為什么本研究中，易位斷裂點位置不同，患者精液質量異常的程度不同。交互分離指來自兩個同源對中的兩條正常染色體與兩條易位染色體分別進入兩個子細胞。由此形成兩種配子，前者為正常配子，后者為平衡配子。在上述的分離方式中，隨著重組的發生，可以產生32 種配子[15]；其中僅有交互分離能產生染色體正常和染色體平衡兩種配子，這可能是本研究中，少數患者精子密度和活力均正常的原因。

然而，染色體易位導致精子質量下降的原因比較復雜，不僅與減數分裂過程中由于同源染色體配對、分離和重組異常造成配子染色體缺失和重復(相應片段上的基因也缺失和重復)密切相關，也可能由于斷裂位置處調控精子細胞生成的基因結構被破壞或者基因表達降低而致精子生成受阻[1，16]。1號染色體可能含有對男性生育力必不可少的關鍵結構域[17-18]，在男性不育患者中，位于1q21的斷點報道甚多[17，19-20]。本研究29例患者中，斷裂點位于1q21的3例，他們的精子密度和精子活力均異常，而且異常程度均在中度以上。據報道，1q21 處有17 個在睪丸表達的基因[19]，在1 號染色體其他斷裂位置還有哪些基因與人類生育力相關？這些基因的缺失和重復、結構被破壞或表達異常是如何影響人類生育力的？這些問題的闡明將進一步揭開人類不育不孕的內在機制。

目前染色體易位患者可以通過選擇胚胎植入前遺傳學診斷技術，利用高通量測序等方法選擇核型正常或染色體平衡易位的胚胎植入以獲得健康或表型正常的胎兒，還可以通過斷點及其連鎖SNP位點分析區分完全正常胚胎和攜帶者胚胎，徹底阻斷平衡易位染色體向下一代傳遞。因此對患者進行有效的遺傳咨詢，能夠降低不孕不育和出生有缺陷、智力障礙等染色體異常患兒的風險，達到優生優育的目的。