染色体三体、嵌合体及单亲二体的产前诊断和遗传咨询

刘维强 孙路明 沈亦平

(1.广州医科大学附属第三医院 妇产科研究所实验部，广东 广州 510150；2.同济大学附属第一妇婴保健院 胎儿医学科， 上海 201204；3.广西壮族自治区妇幼保健院 遗传代谢中心实验室，广西 南宁 530000； 4.上海交通大学医学院附属上海儿童医学中心医学遗传科，上海 200127； 5.美国哈佛医学院 神经系；美国波士顿儿童医院 遗传及基因组部， 美国波士顿 02115)

根据2012年中国出生缺陷防治报告，我国是出生缺陷高发的国家，出生缺陷率约5.6%[1]，与世界中等收入国家的平均水平接近，每年新增出生缺陷患儿数约90万例，其中染色体畸变约占出生缺陷遗传学病因的80%以上[2]，因此，基于遗传变异的产前筛查和产前诊断对出生缺陷的早期预防意义重大。随着下一代测序技术(next generation sequencing，NGS)、染色体微阵列分析(chromosomal microarray analysis，CMA)、孕妇外周血胎儿游离DNA无创染色体非整倍体筛查(noninvasive prenatal screening，NIPS)等技术在产前筛查、产前诊断中的广泛应用，除了常见的染色体数目异常外，临床也检测出越来越多的嵌合体(mosaicism)及罕见的单亲二体(uniparental disomy，UPD)。

对于因非整倍体等染色体数目异常而导致胚胎停育、胎儿宫内死亡或因此主动终止妊娠的夫妇来说，他们迫切想知道再次妊娠时类似异常的再发风险，而对于胎儿嵌合体和罕见的单亲二体，特别是不伴超声等影像学异常时，预测胎儿出生后是否发病或评估疾病严重程度都存在极大的困难，是产前诊断专科医生面临的巨大挑战。从现有的文献报道来看，并不是所有的嵌合或单亲二体都会导致不良的结局，不同异常的预后会有较大差异，因此分别对待不同的情况，以循证为原则，科学客观地提供遗传咨询，可以帮助夫妇更全面地了解胎儿的预后，在充分知情的情况下做出他们认为正确的决定。鉴于此，我们会同全国50余家产前诊断机构及第三方医学检验所，结合查询发表过的文献和统计各单位多年来的数据，对22对常染色体及1对性染色体的三体、嵌合体和单亲二体的发生机制、发生率、临床特征、预后及治疗、实验室检查和再发风险等进行汇总综述，以期给从事产前诊断的临床医生、实验室人员及遗传咨询师提供各条染色体的系统汇总信息，为产前诊断和遗传咨询提供客观、科学的循证数据支持。

1 染色体三体的产前诊断和遗传咨询

正常个体具有46条染色体，包括22对常染色体和一对性染色体。非整倍体是指额外增加或减少了一条或多条染色体，通常会导致胚胎或胎儿生长发育出现严重问题，是胚胎停育、胎死宫内的常见原因。染色体三体是最常见的非整倍体，其中21-三体(trisomy21，T21)、18-三体(trisomy18，T18)、13-三体(trisomy13，T13)及涉及性染色体的三体因为可在活产儿中检出，因此也称为“可存活三体”(viable trisomy)。除外以上几条染色体，其他染色体的三体通常会导致胚胎停育或自发流产，故也称为不可存活三体(nonviable trisomy)。

染色体三体的产生机制是由亲本配子减数分裂或胎儿细胞有丝分裂过程中染色体不分离导致[3]。研究显示，每1000个活产儿中，可存活三体的发生率以T21、47,XXY和47,XYY最高，可达1.5/1000，T18和T13的发生率约0.12/1000及0.07/1000，45,X和47,XXX的发生率约0.4/1000和0.65/1000[4]。在流产组织中检出的不可存活三体则以22-三体(trisomy 22，T22)和16-三体(trisomy 16，T16)为多[4, 5]。了解各条染色体三体的发生机制及发生频率，可以为遗传咨询提供详实的数据，有利于产前遗传咨询工作的开展。

常染色体可存活三体具有一些共同临床特征，如智力障碍、生长发育迟滞、特殊面容等。性染色体三体相对来说表型较轻或无特殊临床表型。了解可存活三体的产前和产后表型有助于临床医生及早、正确地进行医疗干预。对于常染色体可存活三体，以T21胎儿为例，常见的超声异常包括颈项透明层(nuchal translucency，NT)增厚、胎儿颈部皮肤皱褶(nuchal fold，NF)厚度增厚、鼻骨阙如或发育不良、房室间隔缺损、肠管回声增粗等。出生后的患儿则以特殊面容、智力障碍、生长发育迟缓等主，可合并心脏、骨骼系统、消化系统、内分泌系统、血液系统及生殖系统的异常。

不可存活三体胎儿大多在孕早期发生了胚胎停育或自然流产。对流产组织的遗传学查因发现，染色体三体因素可占全部自然流产原因的60%以上[4]。对流产组织开展遗传学检测有助于明确流产原因，对再次妊娠的风险进行评估。对曾生育过或有过染色体三体胎儿流产史的夫妇再次妊娠时的再发风险进行评估需要考虑以下因素：①夫妇核型是否正常；②孕妇是否高龄妊娠；③夫妇双方是否存在生殖腺细胞的嵌合；④夫妇是否存在可能导致减数分裂错误的风险因素等[6]。特别是对于T21，年龄因素、夫妇是否存在涉及21号染色体的平衡易位或罗氏易位等都是评估再发风险的重要影响因素。理论上，生育过一个T21患儿的夫妇再次生育唐氏患儿的风险虽然是比较低，但仍高于正常人群，可达1%[4]。

2 染色体嵌合体的产前诊断和遗传咨询

三体嵌合体的产生主要有以下两种机制：胚胎细胞在有丝分裂过程中，一部分细胞发生染色体不分离错误，产生三体和单体两种子代细胞。在胚胎发育过程中，单体细胞无法继续发育而凋亡，剩下的三体细胞与其他正常复制、分裂的细胞形成了三体/二体的嵌合；还有一种机制是三体细胞的自救(trisomy rescue)，对减数分裂过程中因配子染色体不分离而形成的三体细胞在有丝分裂的过程中会丢弃额外多出的一条染色体，使细胞恢复二倍体正常数目[7]。由于三体自救对内细胞团细胞(发育成胎儿部分)及滋养外胚层细胞(发育成胎盘等胚外组织)的不同影响，自救过程的不完全可产生以下几种形式的嵌合体：①胎盘等胚外组织为完全三体细胞而胎儿本身则是正常二倍体；②胎盘是完全三体而胎儿为三体和二体细胞的嵌合；③胎儿完全正常而胎盘为三体和二体细胞的嵌合；④胎儿是完全三体而胎盘为三体和二体细胞的嵌合；⑤胎儿为完全三体而胎盘正常；⑥胎儿为三体和二体细胞的嵌合而胎盘正常；⑦胎儿和胎盘都为三体和二体细胞的嵌合。

当嵌合仅发生在胎盘组织而胎儿完全正常时称为限制性胎盘嵌合现象(confined placental mosaicism，CPM)。CPM的发生率大约为1%～2%[8]，这也是NIPS筛查提示高风险但验证后为假阳性的主要原因之一。CPM分为3型：Ⅰ型CPM是指嵌合仅限于绒毛的细胞滋养层；Ⅱ型CPM指嵌合仅限于绒毛间充质核部分；Ⅲ型CPM则是绒毛细胞滋养层和间充质核部分均存在嵌合。研究表明，只有Ⅲ型CPM才会导致胎儿宫内生长受限或宫内死亡[9]。

在孕早期采集绒毛进行的产前诊断中嵌合体的检出率约为1%～2%，而在羊水细胞中嵌合体的检出率为0.2%左右[10]。如果嵌合被证实存在于胎儿细胞中，称为真性胎儿嵌合(true fetal mosaicism，TFM)。因为羊水细胞包含胎儿泌尿生殖道、呼吸系统及上皮细胞等不同胚胎层来源的细胞，能较真实地反映胎儿的遗传信息，因此绒毛细胞中发现了嵌合建议在孕16周以后进行羊水细胞验证，以证实TFM或排除CPM。Grati等[7]通过对67030份产前标本的分析发现，绒毛细胞的嵌合检出率为2.17%(1457例)。对其中的1100例嵌合病例进行的羊水验证表明，TFM仅占所有绒毛异常结果的13.5%(148/1100)。在所有检出的嵌合异常中，各型CPM和TFM的发生率结果见表1。

表1 CPM和TFM在检出嵌合体中发生频率*(n=1100)

由于临床数据的有限性及嵌合发生的部位不同、嵌合比例不一可导致不同结局等复杂性，对三体嵌合体进行遗传咨询时往往没有明确的可参考的依据。如果超声发现胎儿存在结构或器官的异常，对胎儿的发育和预后判断总体上可归于高危风险，但如果超声未发现异常，异常风险的评估则更加困难，因此基于临床案例的大数据汇总将为我们提供有力的帮助。Wallerstein等[11]对660例羊水标本中发现的常染色体三体嵌合的预后风险进行了总结，详见表2。对各条染色体三体嵌合体的表型及预后将在本专刊各部分详细展开描述。

表2 常染色体三体嵌合体的预后风险评估

由于嵌合部位的不确定性，仅对某一组织细胞中排除嵌合并不代表个体其他组织中不存在嵌合现象。另外羊水培养细胞的嵌合可能存在优势生长的问题也需要引起注意。嵌合的再发风险因素与三体的再发风险因素相同。

3 UPD的产前诊断和遗传咨询

UPD是指个体的一对同源染色体整条或某个区域均来自于一个亲本，而不是分别来自父母双方。三体细胞自救和单体细胞的自身复制(单体自救，monosomy rescue)都可以产生单亲二体。UPD从形成机制来分主要产生单亲同二体(isodisomy)及单亲异二体(heterodisomy)及混合型三种。早期的研究表明UPD的发生率约为1/3500～1/5000[12, 13]，最近Nakka等[14]对440多万份样本研究后发现，UPD在活产儿中的发生率可达1/2000。

UPD与疾病的关系可以通过查询http:∥ssmc-tl.com/DB.html数据库了解。对每条染色体UPD可能涉及的印记基因的信息可通过http:∥www.geneimprint.com/site/genes-by-species专业网站获得。对UPD特别是罕见UPD的产前遗传咨询目前也存在不少挑战，主要是因为UPD可能合并低比例的三体嵌合或单亲同二体可能存在隐性遗传致病基因的纯合变异。

目前明确的涉及印记疾病的几条染色体是6、7、11、14、15、20号染色体[15]，对它们涉及的综合征及相关表型见表3。产前检查中如果发现涉及以上染色体的嵌合或相关超声异常(如父源性14号染色体UPD的特殊钟形胸廓)或涉及14、15号染色体的罗伯逊易位、平衡易位等，应考虑进行UPD的检测[15]。其他染色体UPD较罕见，目前也未见有明确的相关印记疾病报道。需要引起重视的是，由于姐妹染色单体不分离而产生的单亲同二体isodisomy，要考虑可能存在的隐性遗传基因纯合变异情况。对单亲同二体区域内的隐性遗传疾病相关基因可通过https:∥www.sivotecbioinformatics.com/网站查询。如果胎儿的超声等影像学证据提示与纯合区域内某个基因导致的疾病表型相符，应建议进一步的检查如外显子测序或基因测序以明确原因。

表3 常见的UPD综合征及主要表型[10]

4 检测三体、嵌合体及UPD的实验室方法

对产前标本开展遗传学检测可根据检测的目的不同选用不同的方法。NIPS技术可应用于常见的3条可存活三体的筛查；对染色体数目异常或结构异常，核型分析、荧光原位杂交(fluorescence in situ hybridization，FISH)等是经典的方法；CMA、基因组拷贝数变异测序技术(copy number variation sequencing，CNV-seq)检测微缺失微重复是一线的技术，也适用于非整倍体及嵌合体的检测；甲基化特异性多重连接依赖的探针扩增(methylation-specific multiplex ligation-dependent probe amplification，MS-MLPA)、含单核酸多态性(single nucleotide polymorphism，SNP)探针的CMA及短串联重复序列(short tandem repeat，STR)标记物对提示、检测UPD是较敏感的技术。全外显子、全基因组测序(whole exome/whole genome sequencing，WES/WGS)等技术已经或正准备在产前遗传学领域应用，除了检测单个碱基的变异外，对拷贝数异常、非整倍体及嵌合也可检出。对各方法的临床适用性见表4。

表4 非整倍体、嵌合及UPD的遗传学检测主要技术的临床适用性

5 对三体、嵌合体及UPD综述的意义

随着新技术的广泛应用，产前诊断中检测出越来越多以前不能检出的染色体异常。由于胎儿表型信息有限且较难获得，对三体、嵌合体及UPD的遗传咨询缺乏明确的表型指导。通过对各条染色体异常的发生率、产前产后的临床表型、预后、干预治疗、检测方法等进行系统汇总，有助于临床工作者包括遗传咨询师进一步掌握相关染色体疾病信息，为更客观更循证地开展产前诊断和遗传咨询工作提供重要依据和指导。