染色体多态性在生殖异常方面的临床效应

张印峰，李莹，史蕊，张瑶佳，罗海宁，马俊芳，张云山*

(1. 天津市中心妇产科医院 天津市人类发育与生殖调控重点实验室，天津 300052；2. 天津医科大学，天津 300070)

染色体多态性是染色体异染色质区一种微小而恒定的非病理性变异，包括结构、带纹宽窄、着色强度等方面的变异，广泛存在且遵循孟德尔遗传规律。染色体多态性主要发生在着丝粒、随体、次缢痕和Y染色体等的异染色质区，这些区域主要是由不编码蛋白质的高度重复性卫星DNA序列组成，因此染色体多态性最初被认为是正常的核型变异[1]。染色体多态性可能与多种生殖异常相关：Tempest等[2]发现染色体的多态性可能与女性不孕和不孕症治疗后不良妊娠结局相关；Morales等[3]发现男性染色体多态性携带者的精子和子代胚胎中，非整倍体检出率增高；Sun等[4]的研究明确了染色体多态性是多核化胚胎出现的独立影响因素。但姜永辉等[5]发现在辅助生殖治疗中，染色体多态性对受精率、优胚率、着床率、妊娠率、生化妊娠率、早产率、子代男女比例和子代畸形率等无显著影响，但可能会增加早期流产率；胡卫华等[6]近期研究发现染色体多态性患者行辅助生殖技术治疗后的胚胎结局与正常人群差异无统计学意义。

关于染色体多态性的检出率，目前国内尚无可靠的流行病学报道。郭南等[7]发现10 213例不孕不育患者中存在染色体多态性的患者有260例，检出率为2.5%。目前尚无染色体多态性在正常人群中检出率的相关描述。朱佳鹏等[8]对广东省4 289例接受遗传咨询者的染色体进行分析，检出471例染色体多态性(10.98%)，其中1、9、16号染色体次缢痕延长168例(35.67%)，D、G组染色体多态性140例(29.72%)，9号染色体臂间倒位102例(21.66%)，Y染色体多态性61例(12.95%)，检出率的不同可能与患者人群有关。

目前对于染色体多态性的临床效应尚未得出统一结论，但其对生殖健康的影响不容忽视。在配子形成方面，染色体多态性可能影响同源染色体联会，从而引起不孕、死胎、流产、子代畸形等生殖异常[9-10]。随着当今社会对生殖健康日益重视、不孕不育发病率逐渐升高，生育期检查、辅助生殖技术的广泛应用及产前诊断技术不断发展，临床中检出染色体多态性后，如何科学合理地向患者及家属阐明其临床意义以及给出正确建议，都是生殖遗传和产科医生必须面对的问题。本文据近年来国内外相关的研究，将常见染色体多态性的类型及其在生殖健康方面的临床意义综述如下。

一、染色体臂间倒位

染色体臂间倒位被定义为染色体长臂(q)和短臂(p)各发生一次断裂，断裂片段旋转180°后重新接到两个断点末端，用符号表示为inv。人类9号染色体异染色质区域最大，因此所有非近端着丝粒染色体中，inv(9)最为多见[11]。有学者认为其不属于病理表型[12]，也有学者认为inv(9)具有临床遗传效应[13]。其导致生殖异常的可能原因包括：(1)影响同源染色体的配对[14]。减数分裂时，同源染色体会形成一种环状结构(即倒位环)。染色体臂间倒位时，虽无明显遗传物质丢失，但倒位片段旋转重接，改变了原有基因顺序，其着丝粒位于倒位环内，经姐妹染色单体交叉互换后可形成4种配子：携带臂间倒位的配子1个、正常配子1个、片段缺失或重复的配子2个。而片段重复或缺失的配子就可能导致不孕不育、死胎、流产、胎儿畸形等生殖异常[15]；(2)染色体间相互效应(Interchromosomal effect，ICE)[16]，即其他染色体的配对可能受inv(9)的影响，因为同源染色单体的非成对片段会干扰其他二价染色体，造成其在减数分裂期间不分离，从而产生二倍体配子，导致生殖异常。但Xie等[17]认为囊胚染色体中inv(9)对其他染色体的ICE缺乏遗传学方面的证据，因此仍需进一步的实验来明确ICE的作用机制。

大量的研究显示inv(9)与生殖异常有一定的关系。陈欢等[13]研究发现inv(9)携带者胚胎染色体异常率较非inv(9)组高(62.2% vs. 51.5%，P<0.05)，会增加其它染色体异常的概率且可能影响胚胎移植，增加流产发生的风险。Yuksel等[18]的研究中提到inv(9)携带者可能发生复发性流产，还可能增加子代唐氏综合征、发育迟滞等异常的风险。有研究表明，inv(9)携带者患唐氏综合征的后代中inv(9)携带率增加[19]。唐氏综合征与母体血清中甲胎蛋白(AFP)、HCG和雌三醇(E3)浓度有关。国外学者通过以上三种血清标志物筛查发现，inv(9)是唐氏综合征患者最常见的染色体多态性核型[20]。Malinverni等[21]报道了一例inv(9)携带者，该患者有言语功能和神经发育迟滞、智力障碍、面部畸形等异常。也有学者认为inv(9)并不会造成生殖异常。Jeong等[22]研究发现先天性畸形新生儿及其父母中inv(9)发生率和正常人群无统计学差异。也有研究发现inv(9)携带组的早期流产率、活产率与对照组间差异无统计学意义究[23]。

关于inv(9)常发生的位点，目前研究尚未形成统一认识。报道的inv(9)种类有inv(9)(p11q12)、inv(9)(p11q13)、inv(9)(p11q21)、inv(9)(p12q13)、inv(9)(p13q13)和inv(9)(p13q21)[24]。一项回顾性研究显示，研究人群中检测出的inv(9)主要发生在p11q13，此位点的变异可能是复发性流产的病因[25]。因此，对于9号染色体臂间倒位的进一步研究或可分区段进行。

二、染色体次缢痕长短变化

次缢痕是1、9、16号染色体异染色质区在染色p、q上凹陷缩窄的部分。这些区域主要为高度重复的非编码DNA序列，其增加或减少可导致次缢痕的增长或缩短，用符号表示为qh+或qh-，是一种常见染色体多态性。Inan等[26]研究发现，在土耳其地区，产前诊断孕妇的胎儿染色体多态性检出率为5.3%，常见于1、9、16号染色体上(分别为54.5%、8.9% 和6.9%)，其中最常见的是9qh+(22.8%)。有研究报道，1、9、16号染色体qh+或qh-属于正常的染色体变异，不产生表型效应，也不能导致不孕不育或不良妊娠结局[27]。但也有研究发现染色体次缢痕区异染色质增加与生殖异常相关。Minocherhomji等[28]观察到，与对照组相比较，原发性不孕症患者(16.22% vs. 6.41%，P=0.001)和男性因素严重不育患者(14.69% vs.4.25%，P=0.001)的9qh+检出率增加，差异有统计学意义，表明qh+与不孕不育、生育力低下有关；王桂玲等[29]统计得出复发性流产组qh+检出率明显高于对照组(4.71% vs. 2.41%，P<0.01)，提示染色体多态性qh+与复发性流产可能存在相关性，不能忽视其临床效应。有学者分析了一对多次IVF失败夫妇的3枚胚胎的染色体，发现其中2枚胚胎的染色体存在16qh-多态性，并进一步分析确定该多态性源自母系的家族遗传[30]。

发生以上临床效应的机制可能为：同源染色体联会时形成的联会复合体(synaptonemal complex，SC)沿染色体轴向全长分布，SC以拉链式或多点式闭合，使同源染色体实现配对和联会，同时有助于维持同源染色体配对的稳定性和同源染色体的交叉互换；联会过程中的某些异常，如SC上出现缺口(gap)、未配对区(split)或完全不联会(complete asynapsis)会干扰甚至阻止减数分裂，影响配子的正常形成，造成不孕不育[10]。在同源染色体联会时，1、9、16号染色体次缢痕增加或缩短，导致姐妹染色单体的异染色质区形态不同而出现联会缺口或未配对区，导致联会困难、延迟甚至不能联会[31]。在减数分裂时姐妹染色单体不分离导致产生不平衡配子，从而无法受精或形成非整倍体胚胎，进而导致流产、死胎和畸形儿出现[32]。

虽然目前对于1、9、16号染色体qh+或qh-是否影响生殖尚无统一定论，尤其对qh-多态性的研究不足，仍需积累临床数据，进一步研究。但基于其可能机制及临床表现，发现时也应给予重视，加强孕期检查。

三、D、G组随体、随体柄、短臂及着丝粒区变化

D组(13、14、15)号染色体和G组(21、22号及Y)染色体为近端着丝粒染色体，Y染色体多态性在后文描述。D、G组染色体的多态性涉及随体增大/缩小(ps+/ps-)、随体柄增长/缩短(pstk+/pstk-)、短臂长度增加/缩短(p+/p-)、着丝粒改变(cenh+/cenh-)和双随体或多随体。D、G组次缢痕区位于随体柄处，同时又在核仁组织区(nucleolus organizing region，NOR)，该位置的异染色质变化可能影响核仁组织区的功能，而着丝粒区异染色质的变异，影响着丝粒动粒复合体(centromere-kinetochore complex，CKC)的功能，使染色体运动和同源染色体分离受到影响，可能导致非整倍体配子的形成[33]，导致流产、死胎和畸形儿发生。有研究认为D、G组的多态性不具有临床效应[25]，但更多研究表明其与生殖异常相关[4-5，7]。例如有研究指出，21ps+是产生非整倍体精子的男性中最常见的常染色体多态性[3]。

D、G组染色体多态性在人群中的检出率较高，在临床工作中也不应忽视其可能存在的临床效应，要结合患者各方面情况综合评价生育风险。

四、Y染色体多态性

Y染色体是人类最小的近端着色粒染色体，由拟常染色质区和Y特异区组成，其中包含常染色质和异染色质的Y特异区占大部分，Y染色体多态性主要为该部分异染色质延长、缩短、倒位重排等改变。大Y、小Y和Y染色体臂间倒位等较为常见。Wang等[34]比较了507对复发性流产夫妇及465对正常夫妇，发现携带Y染色体多态性的夫妻，女方的妊娠期孕龄更短，发生不明原因复发性流产更频繁，且平均怀孕间隔更长，因此考虑Y染色体多态性是不明原因复发性流产的独立危险因素。

1.大Y、小Y：Y染色体大于或等于18号染色体称为大Y(Yqh+)，Y染色体小于或等于21号染色体称为小Y(Yqh-)。Y染色长度增加的可能原因为长臂远端异染色质区的串联重复序列过度重复，这种过度重复使Y染色体不稳定性增加，可能使常染色质基因表达受到影响，通过干扰精子发生、发育等相关基因的功能影响精子发生、受精卵分裂分化和胚胎的正常发育，导致男性精液质量异常，其配偶则可能出现流产、死胎、胚胎发育异常等异常妊娠结局[34]。许多研究均表明Yqh+和Yqh-可能影响男性的精子生成，易产生少精子症或弱精子症，严重者可为无精子症，如周丹妮等[35]统计得出在严重少精子症或弱精子症中Yqh+的比例最高，为38.46%，Yqh-也高达15.38%；Xiao等[36]观察72名Yqh+携带者与989名非携带者的IVF临床结局发现，Yqh+携带者的受精率[50.05% vs. 66.01%，P<0.05，95%CI(0.49，0.57)]、着床率[8.33% vs. 20.87%，P<0.05，95%CI(0.14，0.87)]、临床妊娠率[17.39% vs. 39.59%，P<0.05，95%CI(0.11，0.96)]均明显降低。小Y出现的原因可能为Y染色体异染色质片段缺失，其与决定性别及精子生成相关的常染色质基因(如AZF，一种控制精子发生的基因)相邻，可能影响相关基因的表达甚至微缺失。有报道指出存在Y染色体多态性合并AZF基因微缺失现象，并已有研究证实AZF微缺失可引起不同程度的精子质量异常[37]。汪小波等[12]研究指出，只有伴随AZF微缺失的Yqh-才可影响精子生成。Goncalves等[38]深入分析了3种AZF微缺失的临床效应，发现AZFc缺失者获精率和妊娠率较好，AZFa和AZFb缺失者预后较差，且易遗传至下一代。

2.Y染色体臂间倒位：与常染色体臂间倒位所致的倒位环异常不同，Y染色体和X染色体在配对时，配对联会及交叉互换仅发生在同源基因片段(即Y染色体的拟常染色质区)，并不形成倒位环，因此inv(Y)可能并不影响联会复合体的功能。Y染色体的臂间倒位可能直接破坏了AZF或合并有AZF的微缺失，从而引起相应的临床效应，更可能通过影响倒位片段断裂点附近的常染色质的基因表达而造成异常，尤其使AZF区断裂重排，可能引起携带重要基因的常染色质异染色质化[39]。然而，何瑶等[40]研究发现男性Y染色体AZFc区缺失虽会造成精子浓度下降，但对体外受精、早期胚胎发育及妊娠结局无显著不良影响。可见对于inv(Y)的表型效应尚未得出统一的结论，目前的研究多关注临床表型，而基因作用机制相关的研究较少，inv(Y)是否有临床意义，仍需进一步研究。

总而言之，已有大量的临床研究表明染色体多态性对生殖异常可能存在一定影响，目前的研究大多是探究各种染色体多态性与不孕不育患者妊娠结局的关系，主要监测指标是临床妊娠率、早期流产率、流产再发风险等。由于研究设计或样本量的问题，染色体多态性在子代的畸形、发育异常、智力低下等方面的影响还没有充分的证据。为了明确其具体机制，还需在遗传学、表观遗传学方面进一步研究。随着二代测序技术的应用、高分辨染色体检测逐渐增多，我们应加强多态性患者孕期产检、产后随访，必要时建议对患者或其羊水行高分辨率染色体检测，为后续临床实践提供更充分的证据。目前不能简单地将染色体多态性等同于正常染色体核型，临床医生应结合病史为此类人群提供更合理的遗传咨询。