Xp/Yq染色體間不平衡易位的臨床遺傳學(xué)特征分析

蔡嬋慧，李怡，胡晶晶，李星，李顯箏

人類性染色體是從一對同源染色體進化而來，性染色體通過某些片段的丟失、插入或者重排使得兩者差異性逐漸增大，同源性逐漸減小從而獲得了各自獨特的功能，但XY染色體上仍存在同源序列[1]，在減數(shù)分裂時能相互配對形成聯(lián)會復(fù)合體。目前認為XY染色體間的易位是由于這些同源序列間的異常交換引起的[2]。XY染色體間的不平衡易位根據(jù)重復(fù)缺失片段等不同而產(chǎn)生不同的類型，不同的易位類型遺傳效應(yīng)、表型和預(yù)后不同，產(chǎn)前診斷采取的干預(yù)手段也不同。現(xiàn)報告一家系遺傳的XY染色體間不平衡易位導(dǎo)致的Xp部分缺失、Yq部分重復(fù)的胎兒病例，并進行相關(guān)遺傳學(xué)分析及文獻復(fù)習(xí)。

1 對象與方法

1.1 研究對象 孕婦32歲，身高150 cm，體質(zhì)量50 kg，G2P1A0，孕20+周（自然妊娠），平素月經(jīng)規(guī)則，B超提示宮內(nèi)單活胎，未發(fā)現(xiàn)明顯異常，胎兒雙頂徑45 mm，胎心率148 次/min，唐氏綜合征篩查低風(fēng)險，21三體風(fēng)險度1∶522，游離雌三醇（uE3）中位數(shù)低（0.12），妊娠前有糖尿病，目前行胰島素治療，妊娠前和妊娠期間無其他服藥史及有毒、有害物質(zhì)接觸史。夫婦非近親結(jié)婚，表型及智力正常，雙方均為地中海貧血攜帶者，孕婦本人地中海貧血基因型為--SEA/aa（已排除非缺失型α地中海貧血），丈夫地中海貧血基因型為βIVS-Ⅱ-654/βN（已排除α地中海貧血）。育有一男孩，5歲，足月剖宮產(chǎn)，外院染色體檢查結(jié)果：46，Y，i（X）（q10），皮疹（診斷為先天性魚鱗?。[睪，智力發(fā)育遲緩，語言發(fā)育障礙，生長發(fā)育略低于同齡兒（體質(zhì)量14 kg，身高97.70 cm），活動與注意力失調(diào)，喂養(yǎng)困難，睡眠紊亂（間歇性的白天嗜睡和夜間失眠），心肺腹未見異常，心率105次/min，律齊，呼吸平順，雙肺呼吸音清，未聞及干濕羅音，腹平軟，肝不大，腦電圖未見異常，骨代謝未見異常，血常規(guī)提示小細胞低色素性貧血，微量元素測定提示鐵含量降低，血清鐵蛋白正常，學(xué)校體檢提示雙眼屈光異常，眼科檢查雙眼眼位正，眼球運動無受限，雙眼球結(jié)膜無明顯充血，角膜透明，晶體透明，右眼視力不合作，眼壓13 mmHg（1 mmHg=0.133 kPa），左眼視力不合作，眼壓176 mmHg。孕婦本次妊娠因uE3中位數(shù)低及曾育染色體異常兒于孕20+周行羊水穿刺產(chǎn)前診斷，并簽署知情同意書。

1.2 方法

1.2.1 染色體微陣列分析使用QIAGEN 公司生產(chǎn)的QIAamp DNA Blood Mini Kit提取試劑盒對羊水細胞進行基因組DNA的提取，使用美國Affymetrix公司的CytoScan 750k芯片，對提取的羊水DNA進行酶切、連接、PCR擴增，產(chǎn)物純化及片段化、標記及雜交，芯片洗滌后掃描。檢測結(jié)果使用Chromosome Analysis Suite（ChAS；version 3.1.0.15）軟件進行分 析， 最 終 結(jié) 果 判 讀 參 照OMIM、UCSC、ISCA、DGV、DECIPHER等數(shù)據(jù)庫。

1.2.2 染色體G顯帶/C顯帶分析將在B超引導(dǎo)下穿刺獲得的20 mL羊水分別接種到2個原位培養(yǎng)瓶和2個60 mm圓形培養(yǎng)皿中進行原位培養(yǎng)，培養(yǎng)7 d后換液。觀察2個原位培養(yǎng)瓶中細胞克隆達到15個以上后開始收獲。經(jīng)吉姆薩染色制片，計數(shù)15～20個克隆，每個克隆分析1～2個核型；結(jié)果依據(jù)人類細胞基因組學(xué)國際命名體系（ISCN 2013）對染色體核型進行命名。同時加做C顯帶。羊水G顯帶分辨率為350～420條帶。

2 結(jié)果

2.1 染色體微陣列分析結(jié)果 本研究結(jié)果為：arr[hg19] Xp22.33p22.31（168，551－8，428，908）x0，Yq11.221q11．23（16，099，875－28，799，654）x2。提示胎兒發(fā)現(xiàn)2處染色體異常：①X染色體Xp22.33-p22.31位置發(fā)生缺失（紅色），片段大小約8.3 Mb；②Y染色體Yq11.221-q11.23位置發(fā)生重復(fù)（藍色），片段大小約12.7 Mb，見圖1。

2.2 染色體G顯帶/C顯帶分析結(jié)果 本研究結(jié)果提示X染色體短臂末端攜帶未知來源的額外片段，該片段呈濃染固縮狀，結(jié)合C顯帶結(jié)果，確定該深染片段主要為異染色質(zhì)。

經(jīng)羊水染色體G顯帶/C顯帶檢查結(jié)合微陣列分析，確定該衍生X染色體為Xp/Yq染色體間不平衡易位所致，核型為46,Y,der(X)t(X;Y)(p22.3;q11.22)，衍生的X染色體由重復(fù)的Y染色體長臂和短臂末端缺失的X染色體重排形成。為明確該衍生X染色體的來源，本研究對夫婦雙方外周血染色體進行檢測，同時對外院診斷為46,Y,i(X)(q10)的胎兒哥哥進一步在本院行外周血染色體及微陣列檢測。結(jié)果發(fā)現(xiàn)胎兒父親染色體核型正常；母親攜帶有相同的一條衍生X染色體，染色體核型為46,X,der (X)t (X;Y)(p22.3;q11.22)；經(jīng)本院外周血染色體及微陣列檢測分析，外院診斷為46,Y,i(X)(q10)的哥哥實際上與胎兒結(jié)果一致。至此，可以確定胎兒以及哥哥的衍生X染色體為母系遺傳，核型為46,Y,der(X)t(X;Y)(p22.3;q11.22)mat，見圖2。

3 討論

本研究中Xp/Yq不平衡易位導(dǎo)致Xp末端缺失及Yq部分重復(fù)，男性患者為Yq的部分雙體并Xp部分純合缺失，而女性患者為Yq的部分單體并Xp部分雜合缺失。由于該衍生X染色體沒有Y著絲粒的存在，易位的Yq主要為沒有編碼基因的異染色質(zhì)區(qū)域，不包含性別決定基因（SRY基因），Y染色體異染色質(zhì)的長度變化與任何表型結(jié)果無關(guān)，所以該Xp/Yq易位患者的表型主要依賴于Xp的缺失而不是Yq的重復(fù)。萊昂假說認為，通常情況下女性體細胞內(nèi)的兩條X染色體之一隨機失活，但如果存在結(jié)構(gòu)畸變的X染色體，則X染色體失活出現(xiàn)偏倚，當(dāng)女性發(fā)生X染色體與常染色體的平衡易位，正常的X染色體優(yōu)先失活，以避免常染色體上基因失活帶來的嚴重后果，當(dāng)女性存在涉及到X染色體缺失、重復(fù)或等臂染色體等非平衡結(jié)構(gòu)畸變時，通常是結(jié)構(gòu)異常的X染色體優(yōu)先失活，這可能是由于進化過程中異常X染色體優(yōu)先失活能降低由該類異常導(dǎo)致的不良后果[3]。受X染色體失活偏倚影響，Xp/Yq易位女性患者含短臂缺失的X染色體通常優(yōu)先失活，除了身材矮小，一般表型正常，智力正常，生育能力正常。由于女性患者生育力不受影響，將衍生的X染色體傳遞給下一代，使孩子擁有相同衍生X染色體的風(fēng)險為50%。男性患者X染色體短臂末端缺失導(dǎo)致Xp連續(xù)基因綜合征，連續(xù)基因綜合征由于相鄰基因共同缺失產(chǎn)生復(fù)雜臨床表型，具體表型主要根據(jù)缺失片段上包含的特定基因以及數(shù)量而變化[4]。

圖1 染色體微陣列分析圖

圖2 染色體核型/家系/模式圖

本研究中，X染色體Xp22.33-p22．31（Xp22.31/pter）位置發(fā)生缺失，片段大小約8.3 Mb，包含了41個已知基因，其中包括矮小同源盒基因（SHOX）、芳香基硫酸酯酶E基因（ARSE）、神經(jīng)連接蛋白4X基因（NLGN4X）、類固醇硫酸酯酶基因（STS）和卡爾曼綜合征基因1（KAL1）5個已知與特定疾病相關(guān)的基因。矮小同源盒（SHOX）基因存在于人類性染色體的Xp22.32和Ypl1.3的擬常染色體區(qū)域內(nèi)并且逃避X染色體的失活，屬于單倍劑量敏感性基因。SHOX基因單倍劑量不足與特納綜合征、Leri-Weill綜合征（LWD）有關(guān)，主要特點是身材矮小、四肢中部發(fā)育不良如前臂和小腿短、脊柱側(cè)彎、肘外翻、膝內(nèi)翻、高弓腭、馬德隆腕關(guān)節(jié)畸形、短掌骨、短趾骨、小頜畸形和感音神經(jīng)性耳聾等[5-6]。與LWD相關(guān)的四肢比例失調(diào)、馬德隆畸形等癥狀在幼兒階段往往觀察不到，具體的發(fā)病時間存在個體差異性，通常在青春期開始出現(xiàn)癥狀并逐漸加重[7-8]。芳香基硫酸酯酶E基因（ARSE）在Y染色體上無拷貝，并受到X染色體失活過程的影響。ARSE缺乏與X連鎖隱性遺傳斑點性軟骨發(fā)育不全（CDPX）相關(guān)，臨床表現(xiàn)為扁臉、鼻梁凹陷、鼻尖塌陷、身材矮小、肢體不對稱性縮短和遠端指（趾）發(fā)育不良，影像學(xué)可見軟骨散在鈣化[9]。胎兒的哥哥作為先證者目前出現(xiàn)了生長發(fā)育遲緩的情況，可能與SHOX、ARSE基因的缺失有關(guān)，比較遺憾的是先證者未行相關(guān)影像學(xué)檢查，關(guān)于SHOX、ARSE基因缺失的其他骨骼異常在先證者上暫時未發(fā)現(xiàn)，但是不排除在以后的生長發(fā)育過程中出現(xiàn)。NLGN4X基因編碼神經(jīng)連接蛋白4，定位于X染色體短臂Xp22.33位置，該基因缺失與自閉癥、智力低下、多動癥、活動和注意力失調(diào)有關(guān)[10]。Xp/Yq易位的女性患者因為另一條X染色體上存在正常的NLGN4X基因一般不會出現(xiàn)智力低下。本研究中胎兒母親智力正常，但是胎兒哥哥出現(xiàn)了智力發(fā)育遲緩、語言表達能力差、多動癥、注意力維持短等相關(guān)癥狀。類固醇硫酸酯酶（STS）基因缺失可引起X-連鎖魚鱗?。╔LI），是一種以皮膚廣泛對稱附著多角性干燥鱗屑為特征的X連鎖隱性遺傳病?；颊呖杀憩F(xiàn)為全身或局部皮膚干燥、粗糙、黃褐色或污黑色鱗屑，腹部較背部嚴重[11]。另有研究表明，孕有XLI胎兒的孕婦，血清中僅存在低水平的uE3，血清學(xué)篩查對X-連鎖魚鱗病胎兒可能有一定提示作用[12]。本研究中孕婦前來就診的原因之一是血清學(xué)篩查提示uE3中位數(shù)低，同時先證者又出現(xiàn)了皮膚魚鱗病癥狀，與上述研究[12]相符。KAL1基因，又稱ANOS1基因，定位于X染色體短臂Xp22.33位置，缺失可致Kallmann綜合征（KS），表現(xiàn)為伴有嗅覺缺失或減退的性腺功能減退合并失眠、泌尿生殖系統(tǒng)異常（30%～40%為腎發(fā)育不良）和聯(lián)帶運動，但不導(dǎo)致其他發(fā)育缺陷如中線顱骨異常（唇裂、腭裂和不完全融合）[13]。本研究中先證者雙眼屈光異常、睡眠障礙、小陰莖、隱睪，與文獻報道[13]相符，患者沒有進一步行泌尿生殖系統(tǒng)方面的超聲檢查，不確定是否存在腎臟方面相關(guān)問題。

通過文獻檢索，發(fā)現(xiàn)9例相似Xp/Yq不平衡易位男性患者的報道。每例患者根據(jù)XY斷裂位點和重復(fù)、缺失片段大小不同，所表現(xiàn)出的臨床癥狀也有所不同，見表1。病例1孕42周出生，生長發(fā)育遲緩伴有心內(nèi)膜墊缺失、面部畸形、雙手掌橫向折痕、隱睪、皮膚魚鱗病等多發(fā)異常，3個半月時死于心力衰竭[14]。病例2足月剖宮產(chǎn)，胎兒期超聲檢查發(fā)現(xiàn)腎臟異常，出生后診斷為多囊腎，輕度生長發(fā)育遲緩伴輕度智力障礙、面部畸形、耳朵畸形、手掌橫向折痕、隱睪等多發(fā)畸形，未觀察到明顯的皮膚病變[15]。病例3、4患者年齡較大，具有正常的表型和身材，因不育癥就診，后續(xù)檢查發(fā)現(xiàn)無精子癥，兩患者均存在心理障礙，未見其他異常[16]。病例5孕42周出生，生長發(fā)育遲緩、面部畸形、頭發(fā)稀疏、中掌骨短、腹部皮膚魚鱗病等[17]。病例6足月順產(chǎn)，生長發(fā)育明顯遲緩伴腦畸形、語言發(fā)育障礙、精神運動障礙、隱睪、皮膚魚鱗病等[18]。病例7、8為兩兄弟，哥哥就診時24歲，身高163 cm，鼻梁塌陷，骨骼馬德隆畸形，手腕和膝關(guān)節(jié)運動受損，嬰兒期發(fā)現(xiàn)有魚鱗病持續(xù)到現(xiàn)在，8歲時診斷癲癇發(fā)作，自兒童時期開始睡眠紊亂（間歇性的白天嗜睡和夜間失眠），活動與注意力失調(diào)，語言發(fā)育遲緩，學(xué)習(xí)困難；弟弟就診時23歲，身高157 cm，面部畸形、塌鼻，骨骼馬德隆畸形，尺骨遠端突出，前臂旋后受限，皮膚魚鱗病，2歲時因斜視接受眼部手術(shù)，11歲時診斷癲癇發(fā)作，和哥哥一樣自童年開始的睡眠紊亂，活動與注意力障礙，學(xué)習(xí)困難，兄弟倆通過特殊教育完成了高中學(xué)業(yè)，目前都沒有穩(wěn)定的工作[19]。病例9患者智力發(fā)育障礙、腦癱、隱睪，其他暫未見異常[20]。

總的來說，由Xp和Yq的同源序列之間的易位產(chǎn)生的衍生X染色體在人類中很少發(fā)生，目前僅報道了少數(shù)病例，大部分具有家族性。對于攜帶相似Xp/Yq不平衡易位的患者，由于Xp22.3區(qū)域的基因大多數(shù)為X連鎖隱性遺傳模式，異常主要發(fā)生在男性患者。男性患者因為Xp22.3區(qū)域的缺失常出現(xiàn)比較明顯的連續(xù)基因綜合征的復(fù)雜表型或死胎，具體臨床表現(xiàn)隨染色體斷裂位點、重排片段大小、基因的缺失不同而有所不同。主要表現(xiàn)有發(fā)育遲緩、身材矮小、智力障礙、精神運動障礙、眼白化病、全身或局部皮膚魚鱗病、隱睪、骨骼異常以及面部畸形如塌鼻、鼻短等。文獻報道中的病例7、8成長過程中陸續(xù)出現(xiàn)不同癥狀表明Xp/Yq不平衡易位患者相關(guān)臨床癥狀可能會隨著生長發(fā)育慢慢凸顯，對于該類染色體病患兒，即使幼兒期癥狀輕微，在其后續(xù)的成長過程還需密切關(guān)注，及時干預(yù)，改善生活質(zhì)量。

傳統(tǒng)的染色體核型G顯帶分析能對大部分的染色體數(shù)目和結(jié)構(gòu)異常作出診斷，但對衍生染色體的性質(zhì)、來源常難以識別，容易造成誤診。本研究中，如果單純通過G顯帶技術(shù)，肉眼只能觀察到X染色體短臂末端出現(xiàn)一濃染固縮狀來源不明的片段，對于X染色體的具體異常不能確定，由于Yq大部分為異染色質(zhì)，在G顯帶中多深染著色，而Xq也有深染條帶，使得該衍生X染色體的形狀類似于i（X）（q10），在分辨率水平較差的情況下容易誤診為i（X）（q10），胎兒哥哥在外院的染色體G顯帶結(jié)果就出現(xiàn)了類似的誤診。而染色體微陣列檢測技術(shù)能夠在全基因組水平進行掃描，可檢測染色體不平衡的拷貝數(shù)變異，尤其對于檢測染色體微小缺失、重復(fù)等不平衡性重排具有突出優(yōu)勢，彌補了染色體G顯帶分辨率的不足，從基因水平對異常染色體精確定位[21]，同時染色體G顯帶可檢出平衡易位及嵌合體等，兩者結(jié)合可進一步減少漏診誤診[22]。最終本研究通過染色體G顯帶/C顯帶檢查結(jié)合染色體微陣列檢測技術(shù)，提示X/Y染色體間的不平衡易位，并得出明確的斷裂位點以及重復(fù)和缺失片段的大小。染色體斷裂位點不同，重排片段大小不同，基因重復(fù)及缺失不同，胎兒性別不同等對胚胎的發(fā)育以及出生后生長情況的影響也不同。經(jīng)優(yōu)生遺傳咨詢，鑒于男性患者可能會有比較嚴重的臨床表現(xiàn)以及哥哥作為先證者已經(jīng)出現(xiàn)的種種臨床表現(xiàn)，本研究中孕婦選擇終止妊娠。

表1 9例Xp/Yq不平衡易位男性患者的臨床資料

綜上所述，目前的產(chǎn)前診斷技術(shù)平臺能有效防止染色體病患兒的出生，染色體核型分析仍是國內(nèi)染色體疾病產(chǎn)前診斷的金標準，而染色體微陣列檢測技術(shù)的應(yīng)用可以提示明確的斷裂位點以及重復(fù)和缺失片段的大小，進一步提高了染色體疾病的診斷水平，更好地預(yù)測胎兒發(fā)生畸形的風(fēng)險及準確地判斷預(yù)后。建議同時聯(lián)合染色體核型和染色體微陣列檢測，從基因水平為臨床遺傳咨詢提供指導(dǎo)，減少出生缺陷的發(fā)生。