染色体异常与自然流产

本文刊登于《中国实用妇科与产科杂志》2020,36(11):1045-1050

DOI：10.19538/j.fk2020110104

【引用本文】邵雨菡，颜军昊.染色体异常与自然流产［J］.中国实用妇科与产科杂志，2020,36(11):1045-1050.

作者：邵雨菡，颜军昊

基金项目：国家重点研发计划（2018YFC1002804）

作者单位：山东大学附属生殖医院，山东济南250012

通讯作者：颜军昊，电子信箱：[e-mail]

染色体异常是早期自然流产的常见病因。在偶发的自然流产中，胚胎染色体异常占40%～50%，在复发性流产（RSA）中，胚胎染色体异常可达50%～60%以上。胚胎染色体异常有特发者，有的来源于夫妇双方至少一方为染色体异常携带者。根据统计复发性流产夫妇中一方有染色体异常的发生率是4%～8%，而最新的扩大研究证实常规核型检测没有发现的复发性流产患者中染色体异常携带者发生率高达11%～14%。本文拟对染色体异常与自然流产的相关研究进展予以综述。

1  夫妇染色体异常与RSA

1.1    染色体结构异常

1.1.1    染色体易位    染色体易位是最常见的染色体异常重排，是指2条染色体之间发生片段交换，包括相互易位和罗氏易位2种类型。

相互易位是指2条或2条以上非同源染色体分别发生断裂，断裂片段互相交换并重接，这种染色体重排方式在新生儿中发生率为0.13%～0.17%。如果在易位过程中没有遗传物质的增加或丢失，且断裂点未导致功能基因截断，携带者表型可以正常。然而相互易位携带者在减数分裂过程中可产生大量不平衡配子，因而发生不孕不育、复发性流产或子代染色体异常的风险显著增加。在减数分裂Ⅰ期，易位染色体与其正常的同源染色体可以形成四射体结构，以2∶2或3∶1或4∶0模式分离，其中2∶2分离又可分为对位分离、邻位-1分离和邻位-2分离。仅当着丝粒和断裂点之间的节段发生奇数次互换且经过对位或邻位-1分离时，易位染色体移到细胞一极，正常同源染色体移向另一极，才能形成遗传物质正常或平衡的配子，其他分离方式均会导致染色体不平衡配子的产生。不同于既往的认知，相互易位携带者实际上产生的配子种类多于18种，且产生每种配子的概率并不完全相等，因此，无法预测正常或平衡胚胎的概率。

有研究认为，减数分裂分离模式和产生不平衡配子的风险主要受携带者的性别、年龄、断裂点位置和参与重排的染色体特征的影响，如涉及末端断裂点的相互易位会导致正常或平衡胚胎数量的减少，且参与重排的近端着丝粒染色体比中央着丝粒染色体相对更不稳定，因此，应对每个特定易位携带者进行具体的减数分裂分析来估计遗传风险。相互易位对女性携带者主要导致胚胎染色体异常，但对男性携带者来说还可能影响生精过程及生育能力。

罗氏易位是通常发生在人类近端着丝粒染色体D、G组之间或组内的一种平衡易位形式。当2个近端着丝粒染色体在着丝粒部位或着丝粒附近部位发生断裂后，两者的长臂在着丝粒处接合在一起，形成一条由长臂构成的衍生染色体。由于两条长臂几乎包含了两条染色体的全部基因，短臂上的遗传基因不多，遗传效应不明显。因此，罗氏易位携带者虽仅有45条染色体，但一般表型正常，在正常人群中发病率为0.12%～1%。罗氏易位既可发生在同源染色体之间，也可发生在非同源染色体之间，最常见的是非同源染色体间如（13q；14q）和（14q；21q）。理论上携带者可以通过对位分离、邻位分离、3∶1分离产生8种配子，其中平衡配子仅能通过对位分离产生，邻位分离可导致单体或三体胚胎的产生，可存活的染色体异常子代通常出现在涉及13号或21号染色体的易位携带者。男性罗氏易位携带者更多表现为生精障碍、不育等，原因可能是易位引起的睾丸体积和睾酮减少；女性携带者则更多表现为流产等不良妊娠结局。此外，临床上还有较少见的一种同源染色体罗氏易位携带者，他们与正常人婚配，按照分离规律只能产生三体型或单体型胚胎，不能形成正常配子，因此，同源罗氏易位携带者理论上无法生育正常子女，尤其是（21q；21q）罗氏易位携带者具有很高的生殖风险，大部分情况下子代结局都为自发性流产或患有唐氏综合征。但近期也有研究报道了1例同源罗氏易位携带者生育大致正常后代的案例，男方核型为45，XY，t（21；21）（q10；q10），子代为嵌合体核型46，XX，/46，XX，t（21；21），说明同源罗氏易位携带者也可能有生育正常后代的机会。

1.1.2    染色体倒位    染色体倒位是一种常见的结构异常，是同一条染色体发生2次断裂形成的中间片段倒转180°后重新接入原有染色体形成，分为臂间倒位和臂内倒位两种类型。臂间倒位的2个断裂点分别位于染色体长臂和短臂，断裂片段包含着丝粒；臂内倒位的断裂点同时位于染色体的同侧臂，且断裂片段不包含着丝粒。臂间和臂内倒位在人群中的发生率分别为1%～2%和0.1%～0.5%。大部分倒位携带者由于遗传物质并未发生增减，一般认为不会导致临床表型效应，但可能因产生不平衡配子而导致自然流产等不良妊娠结局。对于臂间倒位携带者，女性和男性产生不平衡后代的风险分别约10%和5%。染色体倒位在减数分裂时可形成倒位环，当倒位环内发生奇数次互换时产生不平衡配子。理论上倒位携带者可产生4种配子：1种正常，1种平衡，其余2种均具有部分重复和缺失。倒位片段越大，生育染色体异常或出生缺陷的后代可能性越大；倒位片段越小，发生妊娠丢失、着床失败等风险越大。

1.1.3    环状染色体    环状染色体是一种罕见的细胞遗传异常，新生儿发病率约为1/50 000，是由2条染色体臂的端粒或远端断裂、融合形成，取代一条正常染色体。在结构上，环形染色体分为2种类型：一种是由于端粒-端粒融合而不丢失遗传物质的完整环染色体，另一种是由1次或多次断裂-融合引起的远端缺失和复制的不完整环。环状染色体临床异质性明显，多数携带者有多样化的先天性畸形的表型异常，生长发育迟缓、轻中度智力障碍为环状染色体综合征的特点。由于环状染色体的性质，它在细胞分裂中常不稳定，可能会引起子代新发环状染色体的产生，此外还与不育、闭经等相关，偶尔有报道与流产相关。

1.1.4    其他    此外，较罕见的染色体结构异常还包括染色体插入、重复、缺失和复杂染色体重排等。对于染色体插入患者，若为未知基因片段插入，则可能导致基因不平衡，从而引发胚胎停止发育或自然流产等。对于染色体重复患者，由于某段DNA信息重复，则导致基因表达不平衡，若生殖细胞减数分裂来源于该细胞，则必然产生不平衡的配子，从而造成自然流产等不良妊娠结局。染色体缺失因可能缺失某些关键基因，也会造成各种临床表型异常。复杂染色体重排也较为罕见，是指涉及2条以上染色体、至少有3个断裂点的染色体结构重排，绝大多数复杂重排是2种易位的组合，因此，产生不平衡胚胎的概率也更高。

1.2    染色体数目异常    大多数常染色体数目异常如三体或单体都表现为自然流产、畸形或严重的出生缺陷，比如21-三体综合征等，此类患者不建议生育。仅有性染色体数目异常一般可以活产，且临床表型不明显，但对生殖影响较大。

1.2.1    特纳综合征    特纳综合征（Turner syndrome，TS）是指女性的其中一条X染色体全部或部分丢失，核型为45，X，发生于1/2500～1/2000的活产女孩，典型临床特征为身材矮小、原发性卵巢功能不全。TS患者自然妊娠较为罕见，约2%～5%，且仅发生在有自发月经来潮的患者中。TS患者自然流产率30.8%～45%，显著高于一般人群，可能是因为胚胎染色体异常或卵子质量差，也有研究认为与子宫体积小、先天性子宫畸形、长期雌激素过低造成子宫内膜容受性下降有关。Mavridi等研究认为，所有TS患者的妊娠均为高危，由于报道的TS子代非整倍体率和先天异常风险较高，应对自然妊娠的TS患者提供详尽的排畸检查以及胚胎染色体核型检测。

1.2.2    克氏综合征    克氏综合征（Klinefelter syndrome，KS）核型为47，XXY，在人群中的发病率为0.1%～0.2%，在男性不孕人群中的发生率约为3.1%，主要表现为无精症、睾丸硬小、睾丸功能低下。有研究通过胚胎植入前遗传学检测（PGT）发现KS患者整倍体胚胎率（54%）与对照组相比显著下降，且性染色体、18及21号染色体异常风险增加。因此，Greco等认为KS患者不仅有将KS遗传给子代的风险，还有更高地产生常染色体非整倍体胚胎的风险。但也有文献认为克氏综合征并不会增加其子代性染色体异常的发生率，因为如果克氏综合征患者睾丸组织中存在局灶性的生精功能，那么这种局灶性具有生精功能的精子细胞染色体组成可能也为正常的46，XY，因此，其产生的精子核型也可能是正常的。

1.2.3    超雌综合征    超雌综合征（Triple Xsyndrome）是女性最常见的性染色体非整倍体疾病，核型为47，XXX，女性中发生率约为0.1%，母亲年龄是其发生的重要风险因素。超雌综合征表型多样且症状较轻，青春期发育和性腺发育通常正常，大多数47，XXX女性生育能力很可能也正常，除非合并有复杂的泌尿生殖功能紊乱或卵巢早衰，且子代没有显著的染色体异常现象，可以生育染色体和体格正常的子代。

1.2.4    超雄综合征    超雄综合征（Double Y syndrome）核型为47，XYY，人群中发病率约0.1%。一般认为，47，XYY并不是遗传自亲代，而是新发突变，大部分患者都具有生育能力，部分可出现睾丸发育不良甚至无精子症。多数研究认为，47，XYY男性子代染色体异常风险极低，原因可能是额外的Y染色体在生殖细胞减数分裂期间通过凋亡被清除，因此，一般不会产生非整倍体精子。

1.3    染色体多态性    染色体多态性是发生在染色体异染色质区域的非病理性变异，包括结构、着色强度、带纹宽窄等方面的微小变异。多态构成异染色质的定量或位置修饰，结构异染色质包括1、9、16号（着丝粒区域）染色体上高度重复的卫星DNA序列、Y染色体长臂远端以及近端着丝粒染色体（D/G组）的短臂区域。根据多态存在的部位和相关区域，常见多态大致可以分为长臂异染色质区长度增加如1qh+、9qh+、16qh+、Yqh+，长臂异染色质区长度减少如1qh-、9qh-、16qh-、Yqh-，D/G组染色体短臂随体长度增加如14ps+、15ps+，D/G组染色体短臂长度增加如15p+，短臂随体柄区域长度增加如pstk+，着丝粒区域长度增加如cen+，以及9号染色体臂间倒位如inv（9）（p11q13）。

由于异染色质区域由高度重复的不编码蛋白质的卫星DNA序列组成，因此，过去染色体多态通常被认为是一种正常的核型变异，一般无遗传信息传递，不引起表型异常，不具有临床病理意义。一些研究结果显示，生育障碍人群与具有正常生育能力人群进行染色体核型比较，多态发生率并无统计学差异，因此，一些学者认为异染色质区的多态是人类的正常遗传变异，并不会引发生殖相关问题。但越来越多的研究显示，染色体多态性与复发性流产、不孕不育、精子质量下降、出生缺陷等不良妊娠结局存在关联。Codina-Pascual等认为，异染色质在人类同源染色体的联会过程中具有特殊的作用和行为，当2条同源染色体的异染色质区域发生形态学差异，该特定区域的联会过程可能会被延迟甚至阻滞，从而导致胚胎非整倍体的发生。一些临床研究发现，携带染色体多态的RSA患者比染色体核型正常的RSA患者再次流产的可能性更大，而且RSA或既往有不良妊娠史的患者人群的染色体多态检出率也显著高于正常对照人群。

此外，Sun等研究发现，对于接受体外受精（IVF）辅助生殖技术的夫妇，染色体多态性与多核胚胎的形成独立相关，而大部分多核胚胎染色体异常。因此，异染色质并非完全与临床表型无关，但其具体分子遗传机制还需进一步研究。

9号染色体臂间倒位在人群中比较常见，一般被认为是染色体多态性，但许多研究发现inv（9）与不孕不育、复发性流产等不良妊娠结局可能相关。倒位理论上可能产生倒位环，从而产生不平衡配子，也可能通过染色体间效应干扰其他染色体配对分离，从而引起流产、胎儿畸形等临床表现。

2  胚胎染色体异常与自然流产

胚胎染色体异常是造成自然流产的主要原因，包括整倍体异常、非整倍体异常、部分缺失、部分重复、染色体嵌合等。早期流产的胚胎染色体异常以非整倍体异常为主，其中16-三体（12%～19%）、X单体（6%～10%）、22-三体（4%～10%）最常见。在停育胚胎中染色体核型异常率约50%，其中约86%为数目异常，6%为结构畸变，其他可能为嵌合、葡萄胎等情况。

胚胎染色体异常来源于两个方面：一是在配子形成或受精卵分裂过程中受内外因素的影响，染色体发生畸变，导致胚胎不能正常发育，继而死亡、流产或畸形；二是由父母遗传而来，夫妇中任何一方的染色体异常，都有可能遗传给胎儿，从而引起胚胎停育或自然流产。尽管有研究认为，偶发性流产多与胚胎染色体异常有关，随着流产次数的增加，胚胎染色体核型异常的发生率逐渐下降，但胚胎染色体异常仍是早期复发性流产最主要的原因。有研究发现，复发性流产患者自然流产组织检测后高达67%的胚胎染色体异常，其中以三体最为常见，并且认为常规RSA病因学筛查结合自然流产组织绒毛染色体核型分析可以解释约90%的自然流产。因此，查找导致胚胎染色体异常的原因对指导流产夫妇再次妊娠有重要意义。

G显带核型技术是目前应用最广泛的细胞遗传学检测方法，但需要细胞培养，复杂费时，易被污染且分辨率低。荧光原位杂交（FISH）技术分辨率高，可检测多倍体，但难以定位拷贝数变异（CNVs）的类型与位置。基因芯片单核苷酸多态性阵列（SNP-array）分辨率、准确性、检出率高，检测速度快，但在检测多倍体、平衡易位方面效果不理想。高通量测序（NGS）技术在全部或部分染色体非整倍体或微缺失微重复中检出率较高，也能够检测小于5Mb的杂合性或纯合性缺失。

微阵列比较基因组杂交技术（array-CGH）尽管在检测平衡易位和多倍体方面有局限性，但可检测不平衡的染色体异常的基因组信息，并可以检测亚显微CNV以进行产前诊断。多重连接依赖式探针扩增技术可同时准确检测出多条染色体异常包括染色体双三体、嵌合体以及可发现单臂拷贝数异常，具有快速、高通量、价格低、分辨率高等优点，但无法检测平衡易位等结构异常。低深度高通量全基因组测序技术具有更高的分辨率和检出率，现阶段认为结合核型分析和低深度高通量全基因组测序，有助于最大限度将染色体异常的检出率提高，从而更加科学地指导复发性流产患者的下一步生育计划。

3  胚胎植入前遗传学检测

PGT是避免胚胎染色体异常的有效手段。PGT是指在体外受精过程中，对具有遗传风险患者的胚胎进行植入前活检和遗传学分析，以选择无遗传学疾病的胚胎植入宫腔，从而获得正常胎儿的诊断方法，包括PGT-SR（结构重排）、PGT-A（非整倍体）、PGT-M（单基因病）。2018年中国《胚胎植入前遗传学诊断/筛查技术专家共识》指出PGT-SR适应证包括夫妇任一方或双方携带染色体结构异常，包括相互易位、罗氏易位、倒位、复杂易位、致病性微缺失或微重复等。PGT-SR通过在胚胎移植前检测胚胎染色体从而避免移植非整倍体胚胎，极大降低染色体异常携带者夫妇的流产率。

对于常见的染色体多态，不建议PGT。对于性染色体数目异常，如47，XYY、47，XXX等，产生性染色体异常后代的概率较低，不建议实施PGT；而47，XXY生育后代染色体异常风险增加，可酌情考虑是否实施PGT。

PGT-A指非整倍体筛查，对于女方高育龄（≥38岁）、不明原因反复自然流产、不明原因反复种植失败可以考虑PGT-A辅助生殖技术。随着年龄的增长，异常染色体胚胎比例逐渐上升，因此对于高育龄女性生育时可选择PGT-A降低流产率。不明原因复发性流产是指不能明确病因且反复自然流产2次及以上，不明原因反复种植失败是指移植3次及以上或移植高评分卵裂期胚胎数4～6个或高评分囊胚数3个及以上均失败，对于此类患者需充分告知PGT-A的局限性及准确率，以及产前诊断的必要性。

PGT-M适用于单基因遗传病子代高风险且家族中的致病基因突变诊断明确或致病基因连锁标记明确、夫妇任一方或双方携带有严重疾病的遗传易感基因的致病突变以及需HLA配型的情况。

随着染色体检测技术以及胚胎植入前遗传学检测辅助生殖技术的不断进步，染色体问题相关的自然流产已经极大减少。但染色体异常种类繁多，各种检测方法都有各自的局限性，在进行遗传咨询时需要根据具体的异常情况给出个体化建议，尽量减少再次流产风险。（参考文献略）