21號染色體三體、嵌合及單親二體的臨床特征和遺傳學(xué)檢測

劉敏 蔣馥蔓 王陽 吳麗芳 劉彥慧 婁季武*

（1.惠州市第二婦幼保健院產(chǎn)前診斷科，廣東 惠州 516003；2.深圳精科基因科技有限公司，廣東 深圳 518066；3.東莞市婦幼保健院產(chǎn)前診斷中心，廣東 東莞 523125）

人類21號染色體全長48 Mb［hg38］，包含469個基因，編碼基因約有222個（https：∥decipher.sanger.ac.u）。目前已知有41個OMIM疾病相關(guān)基因，涉及智力障礙、孤獨癥、癲癇、阿爾茨海默病、耳聾、先天畸形、血液病等多種疾?。惓１硇?。21號染色體三體（簡稱21-三體）或嵌合型三體可以導(dǎo)致唐氏綜合征，是臨床實踐中，特別是產(chǎn)前遺傳咨詢中經(jīng)常碰到的遺傳學(xué)問題，在產(chǎn)前診斷出的染色體異常中，21-三體占近50%。唐氏綜合征的發(fā)生機制、臨床特征、預(yù)后、診斷及再發(fā)風(fēng)險等問題是臨床遺傳咨詢的常見話題。因此，本文對21號染色體相關(guān)異常，包括三體、嵌合體及單親二體的文獻進行總結(jié)，以期為臨床實踐提供支持和方便。

1 21號染色體三體及嵌合體

1.1 疾病概述 21-三體綜合征（OMIM＃190685），又稱唐氏綜合征、先天愚型，是全部或部分體細胞中多了1條21號染色體而引起的染色體病，為最常見的染色體數(shù)目異常。根據(jù)染色體核型，21-三體可以分為3類：標(biāo)準(zhǔn)型、易位型和嵌合型。其中標(biāo)準(zhǔn)型（核型為：47，XY，＋21或47，XX，＋21），占絕大部分（94%）。標(biāo)準(zhǔn)型的發(fā)生機制主要是生殖細胞減數(shù)分裂過程中21號染色體不分離，產(chǎn)生含2條21號染色體的配子、與正常配子受精后形成21-三體合子。染色體不分離的發(fā)生風(fēng)險與母親年齡成正相關(guān)，主要是卵子形成過程中第一次減數(shù)分裂時21號染色體不分離，占75%左右［1，2］；易位型占3%，多為羅伯遜易位，其中75%為新發(fā)易位，25%源于父母一方是易位攜帶者；嵌合型患者體內(nèi)同時存在正常細胞和21-三體細胞，占2%～4%左右，發(fā)生機制主要是21-三體合子有絲分裂過程中丟失一條21號染色體（即三體補救不完全）或正常二倍體合子有絲分裂過程中21號染色體不分離。

大部分21-三體妊娠會以自然流產(chǎn)結(jié)束，幸存的21-三體胚胎在隨后妊娠中發(fā)生宮內(nèi)死胎或死產(chǎn)的風(fēng)險較高，在早期自然流產(chǎn)及死胎樣本中，21-三體的檢出率分別約為2%和1%［3-5］。最終，在活產(chǎn)嬰兒中，目前認為唐氏綜合征的發(fā)病率約為1／800～1／600。而在產(chǎn)前診斷樣本中，21-三體總的檢出率約為3.5%（表1），但隨著無創(chuàng)產(chǎn)前檢測（noninvasive prenatal test，NIPT）的廣泛應(yīng)用，檢出率會提高［6］。

表1 21173例產(chǎn)前及流產(chǎn)標(biāo)本中21-三體及嵌合三體的檢出率（例）*

胎兒中嵌合型21-三體的發(fā)生率很難準(zhǔn)確評估，主要因為：①很多此類妊娠終止，導(dǎo)致真實結(jié)果無法確定；②很多產(chǎn)后確診的嵌合型21-三體是由于呈現(xiàn)唐氏綜合征的臨床特征，因此結(jié)果偏向于那些呈現(xiàn)異常樣本而在正常個體中很少發(fā)現(xiàn)。在新生兒中，嵌合型21-三體的發(fā)生率為1／41 670～1／16 670［7］。低水平嵌合體個體的表型往往不明顯，導(dǎo)致基于體格的檢查不能識別這種嵌合。Devlin等［8］在他們的人群研究中指出，只有37.5%的嵌合型21-三體在臨床檢查中被發(fā)現(xiàn)。因此，人群中低比例的嵌合或許未被發(fā)現(xiàn)［9］。嵌合型21-三體在表型正常的成年人中被發(fā)現(xiàn)主要是因為習(xí)慣性流產(chǎn)或三體妊娠。

1.2 臨床特征 作為最常見的染色體數(shù)目異常，出生后患者的臨床表型多種多樣，涉及各個系統(tǒng)，臨床診斷并不困難。主要異常包括特殊面容、智力低下及生長發(fā)育遲緩，出現(xiàn)在幾乎所有的患者中。其他常見的異常包括先天性心臟病、消化道畸形、內(nèi)分泌異常等，另外，患者一般不能生育，發(fā)生白血病和阿爾茨海默病的風(fēng)險升高。

嵌合型21-三體患者的臨床表型各異，從無表型到典型21-三體表型均有發(fā)現(xiàn)。嵌合比例或者嵌合組織和臨床表型差異有關(guān)。通常情況下，21-三體細胞嵌合比例越高的患者臨床特征越明顯，但不同部位的嵌合比例可能不一樣。如果嵌合來自胚胎形成早期（如囊胚期），往往會造成許多組織形成類似的嵌合。如果嵌合來自胚胎形成晚期（如原腸胚期），往往只有很少部分的細胞或者特定的組織會形成嵌合。一些研究者發(fā)現(xiàn)，與完全型21-三體兒童相比，嵌合型21-三體兒童重大先天性心臟病的患病率顯著下降［10］，但另一些研究卻發(fā)現(xiàn)，在這兩種人群中，患有先天性心臟病的概率并無顯著不同。在這兩種人群中，患有先天性心臟病的類型不同，在嵌合型患者中，房間隔缺陷更常見，而在非嵌合型患者中，房室管缺陷更常見。同時，嵌合型患者的平均智力商數(shù)（intelligence quotient，IQ）水平顯著高于非嵌合型患者，并且平均IQ水平和口腔上皮細胞樣本中嵌合比例反相關(guān)［11］。

盡管產(chǎn)后患者表現(xiàn)出多種畸形，但在產(chǎn)前，超聲僅可在部分21-三體胎兒中（25%～33%）發(fā)現(xiàn)明顯的結(jié)構(gòu)畸形［12］，包括心臟異常（室間隔缺損、房室共道、心內(nèi)膜墊缺損等）、腹部異常（十二指腸閉鎖、臍膨出），小部分可發(fā)現(xiàn)顏面部畸形。不過，大部分21-三體胎兒可檢出超聲軟指標(biāo)異常，如頸部透明帶（nuchal translucency，NT）增厚、鼻骨發(fā)育異常、頸部皮膚的皮褶（nuchal fold，NF）增厚、側(cè)腦室增寬、腸管回聲增強、長骨短、腎盂擴張、小指第二指節(jié)發(fā)育不良等。其中，NT增厚是產(chǎn)前篩查21-三體最可靠的超聲軟指標(biāo)，約75%的21-三體胎兒會有NT增厚表現(xiàn)，且NT＞3.5mm占50%以上［13］。在孕早期，21-三體胎兒的主要征象為NT增厚及鼻骨發(fā)育異常；而在孕中晚期，主要征象為NF增厚／鼻骨異常及結(jié)構(gòu)畸形［14，15］。盡管產(chǎn)前超聲在大部分21-三體胎兒中可以檢出1個或多個軟指標(biāo)異常，但僅憑這些微小異常表現(xiàn)很難做出特異性診斷，需要進一步的遺傳學(xué)檢測證實。

而嵌合型21-三體胎兒的超聲異常和篩查異常的概率遠遠低于完全性21-三體［16］。和完全型21-三體相比，孕早期篩查異常、超聲異常，特別是淋巴水囊瘤或者心臟異常的單一超聲異常的胎兒中，很少有可能會發(fā)現(xiàn)嵌合型21-三體。高齡孕婦和孕中期血清學(xué)篩查異常是兩項最重要的指標(biāo)，其中孕中期血清學(xué)篩查顯示，嵌合和非嵌合沒有顯著區(qū)別，兩者檢出率相似。

1.3 治療與預(yù)后 目前臨床無法治愈21-三體綜合征，只能根據(jù)患兒具體情況采取對癥治療和干預(yù)。如針對智力／語言落，可進行細心照顧和適當(dāng)?shù)恼Z言訓(xùn)練、特殊教育；對伴有嚴重畸形（十二指腸梗阻、先天性心臟病、唇腭裂）的患者可進行外科手術(shù)矯正治療。約75%的21-三體妊娠會以自然流產(chǎn)或死胎結(jié)束，出生患兒中85%可以活過1歲，大約50%可以活過50歲［17］?；颊叩膲勖L短取決于是否合并嚴重畸形（如先天性心臟?。?。

產(chǎn)前診斷出的嵌合型21-三體胎兒發(fā)生不良預(yù)后的風(fēng)險較高，且與嵌合水平相關(guān)，但難以根據(jù)嵌合水平做出準(zhǔn)確預(yù)測。Wallerstein等［18］追蹤97例嵌合型21-三體胎兒的預(yù)后發(fā)現(xiàn)：在84例妊娠終止病例中，43發(fā)現(xiàn)異常（宮內(nèi)死胎、特殊面容、多發(fā)畸形、心臟畸形等，絕大部分發(fā)現(xiàn)于引產(chǎn)后）、41例無異常發(fā)現(xiàn)（絕大部分僅限于外觀檢查）；在13例活產(chǎn)兒中，5例臨床診斷為唐氏綜合征、1例存在孤立性心臟畸形、7例隨訪未發(fā)現(xiàn)異常。7例正常出生胎兒和43例發(fā)現(xiàn)異常胎兒的羊水平均嵌合比例分別為17%（6%～31%）和35%（2%～96%），總體來看，嵌合比例＜50%時，發(fā)生不良預(yù)后的風(fēng)險為45%（27／60）、嵌合比例＞50%時，發(fā)生不良預(yù)后的風(fēng)險為59%（22／37）。

1.4 實驗室檢查 21-三體的實驗室檢查方法可以分為產(chǎn)前篩查和遺傳學(xué)診斷兩部分。產(chǎn)前篩查包括傳統(tǒng)的母體血清學(xué)篩查及NIPT。母體血清學(xué)篩查的檢測標(biāo)記物包括妊娠相關(guān)蛋白（pregnancyassociated plasma protein-A，PAPP-A）和人絨毛膜促性腺激素（human chorionic gonadotrophin，hCG）、β-hCG、甲胎蛋白（alpha fetoprotein，AFP）和游離雌三醇等。血清學(xué)篩查有多種方案，其中以NT結(jié)合早中孕檢測的聯(lián)合篩查方案檢出率最高。總體來說，相較于NIPT，傳統(tǒng)的血清學(xué)篩查方法假陽性率高，NIPT是檢測母體外周血液中的胎兒游離DNA來對21-三體進行產(chǎn)前篩查，特異性和敏感性均大為提高，但檢測費用及實驗室要求較血清學(xué)方法高。無論是血清學(xué)高風(fēng)險還是NIPT高風(fēng)險，必須要進一步通過有創(chuàng)檢測驗證結(jié)果。

對21-三體的遺傳學(xué)診斷，可采用染色體核型分析、熒光原位雜交（fluorescent in situ hybridization，F(xiàn)ISH）、定量熒光聚合酶鏈反應(yīng)（quantitative fluorescence polymerase chain reaction，QF-PCR）及多重連接探針擴增技術(shù)（multiplex ligation-dependent probe amplification，MLPA）、染色體芯片技術(shù)、低測序深度下的拷貝數(shù)變異分析技術(shù)等［19-21］。

1.5 再發(fā)風(fēng)險 21-三體再發(fā)風(fēng)險低，與母親年齡、嵌合體、染色體不分離易感性有關(guān)的遺傳或非遺傳因素有關(guān)［22］。如果連續(xù)或多次出現(xiàn)21-三體妊娠，要考慮夫婦一方存在低比例嵌合或生殖腺嵌合可能［23-25］。對于家族性羅伯遜易位引起的21-三體，理論上再發(fā)風(fēng)險是1／3，但實際與易位的親源性及涉及的染色體有關(guān)，以母源性21／22易位風(fēng)險最高，大約為14%，父源性21／22易位風(fēng)險最低，大約為1%～2%，但如果是21／21易位，則后代為21-三體的風(fēng)險為100%［26，27］。

2 單親二體（uniparental disomy，UPD）

2.1 概況 UPD（21）的發(fā)生主要引發(fā)兩種風(fēng)險：致病印跡基因的改變及純合性隱性致病突變的產(chǎn)生［28］。對于21號染色體而言，雖然研究發(fā)現(xiàn)其上存在差異甲基化區(qū)域（differentially methylated regions，DMRs），但并未發(fā)現(xiàn)其與異常臨床表型相關(guān)［29］。因此，無論UPD（21）mat或UPD（21）pat，不會引起印跡相關(guān)疾病，而目前亦沒有UPD（21）引起純合性隱性突變而致病的病例報道。

2.2 臨床意義 目前，臨床或文獻關(guān)于UPD（21）的發(fā)現(xiàn)和報道并不多見，總體來說，UPD（21）本身并不引起異常臨床表型［17，30，31］。但分析已有的臨床和文獻報道病例，除了常規(guī)需要考慮的隱性遺傳病風(fēng)險增加外（盡管沒有實際病例報道），還需要額外注意可能和UPD（21）密切相關(guān)的潛在染色體異常：首先，與其他染色體的UPD一樣，UPD（21）的發(fā)生與染色體三體自救、合子后的有絲分裂錯誤等密切相關(guān)，這可能導(dǎo)致UPD（21）與21-三體嵌合存在，或（嵌合）存在源于21號染色體的額外小標(biāo)記染色體（small supernumerary marker chromosome，sSMC）［32］。低比例的三體嵌合，可能會被臨床檢測漏掉、或難以檢測的器官組織內(nèi)（如大腦）存在更高比例三體嵌合。由于臨床通常不針對UPD（21）、特別是單親異二體（heterodisomy，het UPD）進行檢測，因此，對于UPD（21）和21-三體及sSMC合并存在的情況并不清楚。

其次，在產(chǎn)前診斷樣本中（羊水、臍血等）發(fā)現(xiàn)的UPD（21），還需要考慮胎兒UPD（21）合并胎盤部位21-三體可能，即限制性胎盤嵌合體，特別是NIPT提示21-三體高風(fēng)險的情況下，要考慮這種情況的存在［33，34］。不過，沒有證據(jù)顯示涉及21-三體的限制性胎盤嵌合體會對妊娠結(jié)局產(chǎn)生影響。

第三，需要考慮染色體平衡易位可能。除了三體嵌合、sSMCs這類染色體不平衡，UPD（21）還可以與染色體平衡易位合并存在，典型如der（21；21）攜帶者中發(fā)現(xiàn)的UPD（21）［31，35，36］。當(dāng)然，父母一方羅伯遜易位可以產(chǎn)生21單體或三體胚胎，繼而自救形成UPD（21）。

2.3 實驗室檢測 在臨床實踐中，通常并不需要專門檢測是否存在UPD（21）。UPD（21）的染色體／片段上遺傳標(biāo)志（Marker）的雜合性消失，表現(xiàn)為純合狀態(tài)（area of homozygosity，AOH），可以被臨床常用的QF-PCR或染色體SNP芯片技術(shù)發(fā)現(xiàn)。需要注意的是，整條21號染色體AOH幾乎可以認為是UPD（21），但染色體上部分區(qū)域的AOH并非均由UPD引起，例如，父母之間存在血緣關(guān)系，其子代染色體上也會出現(xiàn)AOH，但父母和子代染色體之間仍然符合孟德爾遺傳；另外，iUPD雖然可以被QF-PCR或SNP芯片技術(shù)發(fā)現(xiàn)，但孤立樣本的結(jié)果并不能明確其為父源或母源，需要結(jié)合父母樣本進行家系分析才能最終確認。除了QF-PCR和SNP芯片技術(shù)，利用特定算法，高通量測序技術(shù)也可以發(fā)現(xiàn)UPD［37］。