Y染色體平衡易位與精液質(zhì)量的相關(guān)性研究

劉鈺君 陳琪琪 孫希雅 邵敏杰 袁人培 姜輝 智旭

不孕不育在育齡期夫婦的發(fā)生率為8%～12%，其中，因男方因素導(dǎo)致的不孕不育病例約占所有病例的50%。導(dǎo)致男性不育的因素包括睪丸功能障礙、睪丸前因素和睪丸后因素，睪丸前因素包括低促性腺激素性性腺功能減退和垂體相關(guān)疾病；睪丸后因素包括所有精道梗阻性病變、先天性輸精管缺如、感染、炎癥及自身免疫性疾病等。睪丸功能障礙病因復(fù)雜，包括染色體數(shù)目及結(jié)構(gòu)異常、無睪癥、隱睪及繼發(fā)性睪丸功能障礙[1]，其中染色體因素在少弱精患者中的發(fā)生率為5%～15%，最常見的染色體異常為克氏綜合征(47，XXY)，可見于14%的無精癥患者[2]，其次為Y染色體微缺失(8.3%)[3]、染色體平衡易位(0.9%)，羅氏易位(0.09%)。

染色體平衡易位(又稱相互易位)，指非同源染色體發(fā)生片段交換后，遺傳物質(zhì)未發(fā)生增加或減少[4]。因此平衡易位攜帶者大多表型正常，但可對其生殖系統(tǒng)功能產(chǎn)生影響，導(dǎo)致不孕不育、自然流產(chǎn)、胎兒生長發(fā)育延遲和先天畸形等，染色體平衡易位在一般人群中的患病率為0.123%，在不育男性中患病率較高，為1.62%[5]。目前認(rèn)為染色體平衡易位導(dǎo)致不育的機(jī)制包括：(1)易位后染色體形成四分體的機(jī)制及時間限制阻礙減數(shù)分裂的正常進(jìn)行；(2)由于遺傳物質(zhì)的不平衡分離，導(dǎo)致減數(shù)分裂失敗，異常生殖細(xì)胞被清除；(3)染色體分離過程中產(chǎn)生不平衡配子，影響受精卵形成及妊娠；(4)易位片段與X和Y染色體進(jìn)行配對時，會干擾X染色體的失活，從而發(fā)生致死性基因劑量效應(yīng)；(5)易位染色體與細(xì)胞核其他成分的相互作用導(dǎo)致減數(shù)分裂錯誤與細(xì)胞死亡[6]。

近年來關(guān)于染色體結(jié)構(gòu)異常與男性精液參數(shù)相關(guān)性的研究結(jié)果提示：存在染色體結(jié)構(gòu)異常的男性攜帶者的精子密度、精子活率及前進(jìn)精子率較正常對照組男性低，且羅氏易位攜帶者與常染色體平衡易位攜帶者相比，羅氏易位攜帶者的精液分析相關(guān)參數(shù)更低[7-8]。但之前的研究僅分析了常染色體間平衡易位，未探討Y染色體-常染色體平衡易位與男性精液質(zhì)量間的相關(guān)性。

因此，本文旨通過一項(xiàng)回顧性隊(duì)列研究，收集2019年1月至2021年12月于北京大學(xué)第三醫(yī)院生殖中心就診且染色體核型分析診斷為Y染色體平衡易位的男性病例資料進(jìn)行分析，并以同期間內(nèi)染色體核型結(jié)果正常(46, XY)的男性病例作為對照。通過兩組間比較，分析Y染色體與常染色體間平衡易位與男性精液質(zhì)量的相關(guān)性，為Y染色體平衡易位患者的臨床診治提供一定建議。

資料與方法

一、研究資料

回顧分析2019年1月—2021年12月于北京大學(xué)第三醫(yī)院生殖中心就診男性患者病歷資料，篩選出攜帶Y染色體平衡易位的病例作為病例組。對照組選擇同期因女方家族遺傳性單基因遺傳病而前往本中心進(jìn)行胚胎植入前遺傳學(xué)檢測(PGT-M)的夫婦中的男方，并且染色體核型分析結(jié)果正常者。納入標(biāo)準(zhǔn)：(1)年齡24～40周歲；(2)完成染色體核型檢查，核型結(jié)果為存在Y染色體平衡易位的病例組，或核型分析正常(46, XY)的對照組；(3)完成至少一次精液常規(guī)檢測，精子形態(tài)學(xué)檢測。排除標(biāo)準(zhǔn)：(1)排除復(fù)雜染色體結(jié)構(gòu)變異及Y染色體微缺失的患者；(2)排除嚴(yán)重肝腎功能障礙，梅毒、人類免疫缺陷病毒、腮腺炎、睪丸炎、附睪炎、支原體、衣原體感染、精索靜脈曲張、先天性雙側(cè)輸精管缺如及其他解剖結(jié)構(gòu)變異等可能對男性精液質(zhì)量造成影響的因素。本研究通過了北京大學(xué)第三醫(yī)院倫理委員會批準(zhǔn)(2022SZ-003)。

二、方法

1.G顯帶染色體核型分析：每位患者采集外周血2 mL于肝素抗凝管中，按照常規(guī)方法進(jìn)行細(xì)胞接種培養(yǎng)、秋水仙素終止培養(yǎng)、低滲、預(yù)固定及固定、滴片、消化、染色等步驟。每個樣本在顯微鏡下觀察計(jì)數(shù)20個分散較好，處于中期分裂相的細(xì)胞。

2.精液常規(guī)檢查：所有男性均禁欲3～7 d后進(jìn)行手淫法采集精液于一次性無菌廣口杯中，并于5 min內(nèi)置于37 ℃溫箱孵育液化30 min。對精液的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行檢測，包括精液體積、精子密度、精子總數(shù)、精液總活率、前向運(yùn)動精子百分率等進(jìn)行檢測。精液常規(guī)檢查指標(biāo)參照世界衛(wèi)生組織《人類精液檢查處理實(shí)驗(yàn)手冊》(第五版)[9]。

3.統(tǒng)計(jì)學(xué)分析：比較兩組間精液常規(guī)質(zhì)量，包括精子的數(shù)量、活率以及形態(tài)學(xué)檢測，分析Y染色體與常染色體間平衡易位與男性精液質(zhì)量的相關(guān)性。使用Kolmogorov-Smirnov test及Shapiro-Wilk test對于連續(xù)變量的正態(tài)性進(jìn)行分析。Mann-Whitney U test用于非正態(tài)分布資料的兩組間比較，Chi-square檢驗(yàn)用于分類變量的組間比較。統(tǒng)計(jì)學(xué)分析過程使用SPSS 24.0版本，當(dāng)P<0.05認(rèn)為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié) 果

一、本研究納入患者基本情況

本研究回顧性納入Y染色體平衡易位男性患者14例，染色體核型正常的對照組男性185例。兩組患者的基本信息見表1，經(jīng)統(tǒng)計(jì)學(xué)分析兩組患者在年齡、身高、體重、BMI、吸煙、酗酒情況方面均無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。

表1 兩組間男性基本情況[M(P25, P75)]

二、14例Y染色體平衡易位患者核型結(jié)果及精液質(zhì)量分析

14例Y染色體平衡易位患者核型結(jié)果及精液質(zhì)量如表2所示，有7例(50%)精液檢查為無精癥，其中5位患者接受睪丸穿刺取精，3例患者病理結(jié)果未見精子，有2例患者病理結(jié)果提示偶見個別精子。有7例(50%)患者為嚴(yán)重少弱畸形精子癥，正常形態(tài)精子百分率均為0%。

表2 Y染色體平衡易位患者核型分析及精液質(zhì)量

三、兩組間精子質(zhì)量比較

本研究對于精液質(zhì)量的評估主要從精子量(精子密度、精子總數(shù))，精子活力(精子總活力、前向運(yùn)動精子百分率)，精子形態(tài)(正常形態(tài)精子百分率)三方面進(jìn)行。比較兩組間各項(xiàng)精子評估指標(biāo)結(jié)果如表3所示。除了精液體積外，Y染色體平衡易位組患者精子密度、數(shù)量、活力以及正常形態(tài)精子的百分率均低于染色體核型正常的對照組，并具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

表3 兩組男性精液質(zhì)量比較[M(P25, P75)]

四、Y染色體平衡易位斷裂點(diǎn)高發(fā)區(qū)帶

針對14例Y染色體平衡易位患者斷裂點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)(圖1)，有2例位于Y染色體短臂，有12例位于Y染色體長臂區(qū)域，其中6例斷裂點(diǎn)位于Yq12區(qū)域，有4例斷裂點(diǎn)位于Yq11.23，為相對高頻的斷裂點(diǎn)發(fā)生區(qū)域。

圖1 14例Y染色體平衡易位斷裂點(diǎn)區(qū)帶分析

討 論

染色體平衡易位是常見的染色體結(jié)構(gòu)變異類型。由于染色體平衡易位僅導(dǎo)致染色體片段位置的變化，遺傳物質(zhì)總量未發(fā)生變化，因此平衡易位攜帶者出現(xiàn)異常表型的頻率較低，絕大多數(shù)患者的外貌、發(fā)育和智力等均正常。平衡易位攜帶者在減數(shù)分裂產(chǎn)生配子時，可以形成四射體，在減數(shù)第一次分裂過程中染色體共有三種分離方式2∶2、3∶1、4∶0，共有18種配子形式產(chǎn)生。但當(dāng)染色體平衡易位攜帶者與染色體正常人婚配時，由于不平衡配子的產(chǎn)生，可能會導(dǎo)致反復(fù)胚胎著床失敗、胚胎停育或畸形等不良孕產(chǎn)史。目前研究發(fā)現(xiàn)在有不良孕產(chǎn)史和不孕夫婦中染色體平衡易位的發(fā)生率顯著高于一般人群的發(fā)生率，在有≥3次自然流產(chǎn)史的夫婦中的發(fā)生率約為4.7%[10]。

目前研究表明染色體平衡易位對于男性精液質(zhì)量也有一定影響。Mayeur的 團(tuán)隊(duì)2019年發(fā)表的一項(xiàng)研究分析了81例平衡易位男性患者的精液指標(biāo)，包括精子密度，精子總數(shù)，精子活率和前向運(yùn)動精子的百分率，結(jié)果提示平衡易位攜帶者的精子密度、精子總數(shù)及精子活率顯著低于染色體核型正常并且已生育健康后代的染色體核型正常對照組男性[7]。Chen的團(tuán)隊(duì)發(fā)表的一項(xiàng)納入了723例染色體平衡易位患者精液質(zhì)量情況的研究也顯示染色體平衡易位組男性的精液密度、精子總數(shù)、精液活力、前向運(yùn)動精子活率均顯著低于染色體核型正常的對照組[8]。

既往研究均只納入了常染色體間平衡易位的男性患者，目前尚無團(tuán)隊(duì)對性染色體平衡易位與男性精液質(zhì)量之間的相關(guān)性進(jìn)行分析。在本研究期間由于涉及X染色體平衡易位的患者例數(shù)較少，因此，本研究旨在分析Y染色體平衡易位與男性精液質(zhì)量的相關(guān)性。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道Y-常染色體易位在一般男性人群中的發(fā)病率約為1/2 000，其中可能包括Y染色體-常染色體間平衡和非平衡的易位[11]。本研究共納入14名Y染色體平衡易位的患者和185名染色體核型正常的對照組男性，經(jīng)分析Y染色體平衡易位組男性精液密度、精子活率和正常形態(tài)精子百分率均低于對照男性組。

Y染色體是決定男性性別和精液生成過程的關(guān)鍵染色體，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)位于Y染色體的多個基因在性別決定和精子生成過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。目前已知Yp11.2區(qū)域包括SRY、TSPY基因參與調(diào)控性別決定以及男性生精過程；Yq11.221中包括AZFa區(qū)域，其中涵蓋男性生精相關(guān)USP9Y基因；Yq11.222-Yq11.23區(qū)域包括AZFb和AZFc區(qū)，其中涵蓋DAZ、RBMY、BPY2、CDY等參與精子發(fā)生過程的基因[12-13]。Yq12為Y染色體長臂外側(cè)2/3的區(qū)域，是由非編碼的高度重復(fù)序列構(gòu)成的異染色質(zhì)區(qū)，目前尚未發(fā)現(xiàn)參與精子發(fā)生的相關(guān)基因。一項(xiàng)個案報(bào)道Yq12區(qū)域缺失的男性(排除已知生精基因的缺失)表現(xiàn)為少弱精子癥[14]。但目前對于Yq12區(qū)域的具體功能尚不清楚。根據(jù)表2所示，斷裂點(diǎn)涉及Yp11.2、Yq11.22、Yq11.23的患者精液檢測提示為無精子癥或者嚴(yán)重少弱畸形精子癥，斷裂點(diǎn)剛好位于無精癥因子所在區(qū)域，不排除該處斷裂點(diǎn)可能影響無精癥因子區(qū)的結(jié)構(gòu)和功能。14例中有7例患者精液常規(guī)完全未見精子，其中5例患者接受睪丸穿刺取精后，有3例未獲得精子并且病理結(jié)果提示生精小管內(nèi)無精子產(chǎn)生，另外2例患者睪丸穿刺取精過程中精子極難找，病理結(jié)果提示生精小管內(nèi)偶見個別精子。根據(jù)目前結(jié)果，由于Y染色體平衡易位導(dǎo)致無精癥患者的臨床預(yù)后較差，很難獲得可用精子，因此供精助孕是獲得后代的可能途徑之一。

Y染色體平衡易位患者精液質(zhì)量更差的可能原因包括：(1)遺傳物質(zhì)的不平衡分離，導(dǎo)致減數(shù)分裂失敗，異常生殖細(xì)胞被清除；(2)易位片段與X和Y染色體進(jìn)行配對時，會干擾X染色體的失活，從而發(fā)生致死性基因劑量效應(yīng)；(3)Y染色體作為性染色體，包括更多參與生精過程的關(guān)鍵基因，平衡易位的發(fā)生可能影響基因的表達(dá)或調(diào)控[6]。

本研究的局限性包括回顧性收集了14例Y染色體平衡易位的男性患者，樣本量相對較小；部分無精癥患者未接受睪丸穿刺取精手術(shù)；缺少兩組間臨床輔助生殖助孕結(jié)局的統(tǒng)計(jì)。本研究針對Y染色平衡易位與男性精液質(zhì)量之間的相關(guān)性進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)幾乎所有Y染色體平衡易位患者的精液在數(shù)量，活力及形態(tài)學(xué)指標(biāo)均相對較差，部分患者睪丸穿刺取精后病理結(jié)果顯示未見或偶見個別精子，提示其預(yù)后較差，為此類患者的臨床決策及后續(xù)治療提供一定信息和依據(jù)。