1號(hào)染色體平衡易位及其斷裂點(diǎn)位置與人精液質(zhì)量的相關(guān)性分析

劉 敬，韓婷婷，孟祥黔，黃婷婷，溫子娜，周凌易，廖 雪，李凌霄，張心悅，鐘 影，黃繼華，

(1．成都市錦江區(qū)婦幼保健院生殖醫(yī)學(xué)中心，四川 成都 610061；2．成都錦欣生殖醫(yī)學(xué)與遺傳學(xué)研究所，四川 成都 610061)

不孕不育是當(dāng)今社會(huì)育齡夫婦的常見(jiàn)疾病，發(fā)生率達(dá)10%～12%，其中男性因素不育約占50%[1]。非梗阻性無(wú)精、弱精及精子畸形是造成男性不育的重要原因。染色體核型異常、Y 染色體缺失、囊性纖維化跨膜轉(zhuǎn)導(dǎo)調(diào)節(jié)因子(cystic fibrosis transmembrane conductance regulator，CFTR)基因的變異是已知的可以導(dǎo)致無(wú)精或嚴(yán)重寡精的遺傳因素[2]。由染色體異常引起的男性不育患者在人群中比例高達(dá)5.1%，其中涉及性染色體異常約為3.8%，涉及常染色體異常占1.3%[3]。有文獻(xiàn)報(bào)道，染色體相互易位可以導(dǎo)致精子生成障礙且1 號(hào)染色體斷裂位點(diǎn)的數(shù)目高于其他染色體[4]。本文對(duì)涉及1 號(hào)染色體相互易位的29 例男性患者，分析了他們的精液質(zhì)量與染色體平衡易位之間的關(guān)系，并對(duì)如何降低易位給生殖健康帶來(lái)的負(fù)面影響提出了合理建議。

1 材料與方法

1.1 研究對(duì)象

在2017年1月—2019年12月于成都市錦江區(qū)婦幼保健院生殖醫(yī)學(xué)中心就診的患者中，選取年齡25～46歲、經(jīng)臨床確診涉及1號(hào)染色體相互易位的29例男性患者作為研究對(duì)象。所有研究對(duì)象的生殖激素水平正常，排除人類免疫缺陷病毒、丙肝病毒、蒼白(梅毒)螺旋體、衣原體、支原體等感染以及精索靜脈曲張和其他解剖結(jié)構(gòu)異常等能影響男性精液質(zhì)量的因素。

1.2 方法

1.2.1 G顯帶核型分析在無(wú)菌條件下每位患者采集2 mL 外周血，常規(guī)進(jìn)行淋巴細(xì)胞培養(yǎng)(37 ℃，72 h)，收獲細(xì)胞前3 h加入50 μg/mL秋水仙堿。收獲的細(xì)胞經(jīng)離心去上清，固定、滴片、消化、Giemsa染色等步驟，制備染色體標(biāo)本，顯微鏡下用蔡司染色體核型分析系統(tǒng)進(jìn)行核型分析，每例樣本計(jì)數(shù)20個(gè)分裂相完整的核型，分析8個(gè)分散好、中等長(zhǎng)度的中期分裂相。

1.2.2 精液收集禁欲3～7 d，手淫法采集精液標(biāo)本于一次性廣口無(wú)菌杯內(nèi)，置于37 ℃孵箱液化。

1.2.3 精液常規(guī)分析應(yīng)用西班牙精子分析系統(tǒng)(Sperm Class Analyzer，SCA)，按照世界衛(wèi)生組織(World Health Organization，WHO)《人類精液檢查與處理實(shí)驗(yàn)室手冊(cè)》(第五版)[5]進(jìn)行精液常規(guī)分析，包括精液體積、精子濃度、存活率、前向運(yùn)動(dòng)精子百分率等指標(biāo)。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

染色體斷裂位置與精子密度、精子活力的相關(guān)性采用列聯(lián)系數(shù)(coefficient of contingency)分析。

2 結(jié) 果

染色體分析結(jié)果見(jiàn)表1，本研究統(tǒng)計(jì)分析了來(lái)院就診的29例1號(hào)染色體易位攜帶者。染色體易位涉及1 號(hào)染色體1p34-1q44，其中長(zhǎng)臂16 例，短臂13 例；臨床表現(xiàn)主要為原發(fā)性不育患者15例，繼發(fā)性不育患者5例，無(wú)精癥4例，少弱精患者4例，隱匿性精子癥1例。

精液分析結(jié)果表2，顯示1號(hào)染色體易位區(qū)域共涉及14 個(gè)斷裂點(diǎn)；其中在長(zhǎng)臂的有16 例，精子的密度和活力均正常2 例，密度和活力均異常1 例，密度或活力異常共計(jì)13 例；在短臂的有13 例，精子的密度和活力均正常2 例，密度和活力均異常3 例，密度或活力異常共計(jì)8例；1p22、p13、p12、q12、q21、q22區(qū)域發(fā)生斷裂的精液樣本精子的密度與活力均明顯下降，尤其是p13-q25 區(qū)域斷裂的染色體易位患者不僅少精而且嚴(yán)重弱精。統(tǒng)計(jì)學(xué)分析顯示斷裂位置與精子密度、精子活力的列聯(lián)系數(shù)分別為0.821、0.803，提示斷裂位置與精子密度與活力均有較高的相關(guān)度，但因樣本量較少，尚無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，提示我們后續(xù)需增加樣本量以進(jìn)一步確認(rèn)此相關(guān)關(guān)系。

表1 1號(hào)染色體相互易位患者的核型分析及臨床診斷

3 討 論

平衡易位是常見(jiàn)的染色體結(jié)構(gòu)異常。它通常與胚胎反復(fù)停育、胚胎種植失敗和流產(chǎn)密切相關(guān)[6]。本研究應(yīng)用WHO頒布的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)涉及1號(hào)染色體平衡易位患者的精液質(zhì)量進(jìn)行了分析，結(jié)果總結(jié)如下：①29例患者的1 號(hào)染色體上共有14 個(gè)斷裂點(diǎn)，分布在1p34-1q44，短臂上16 個(gè)，長(zhǎng)臂上13 個(gè)。②易位斷裂點(diǎn)在染色體上位置不同，患者精液質(zhì)量異常的程度不同。同一斷裂點(diǎn)(1p34、1q21)的所有患者精子密度和活力均異常者4 例；同一斷裂點(diǎn)(1p31、1q22 和1q44)的所有患者精子密度和活力均正常者4 例，其他斷裂點(diǎn)的患者精子密度或精子活力異常，共21例。精子密度與活力異常的程度從輕度、中度、嚴(yán)重到極度均有發(fā)生，斷裂點(diǎn)發(fā)生在1p22、1p13、1q12、1q21 和1q25的患者中出現(xiàn)極度少精子癥和極度弱精子癥。③精子密度和精子活力異常的患者比例高。除4 例患者精子密度與活力均正常外，其余25例患者的精液質(zhì)量均出現(xiàn)不同程度的異常，占所分析病例的86%(25/29)，表明精液質(zhì)量與發(fā)生在1號(hào)染色體上的易位密切相關(guān)。

表2 患者1號(hào)染色體斷裂位置與精子密度、活力的關(guān)系

人類配子的形成需通過(guò)減數(shù)分裂來(lái)完成。從第一次減數(shù)分裂偶線期開(kāi)始，同源染色體中的父源與母源染色體發(fā)生配對(duì)、聯(lián)會(huì)、分離和重組，其中任一環(huán)節(jié)發(fā)生錯(cuò)誤將使減數(shù)分裂阻斷，導(dǎo)致配子形成障礙，最終引起生育能力下降甚至不育。相互易位攜帶者在其配子發(fā)生過(guò)程中的減數(shù)分裂后期，染色體走向兩極時(shí)呈現(xiàn)2∶2、3∶1、4∶0三種分離方式，其中2∶2分離又包括交互分離、鄰近I分離和鄰近Ⅱ分離。除了交互分離外，其他各型分離方式的結(jié)果是產(chǎn)生染色體不平衡配子，其染色體構(gòu)成具有不同程度的缺失和重復(fù)，因而造成相應(yīng)片段上的基因缺失和重復(fù)。本研究中患者為男性相互易位攜帶者，其不平衡配子由于基因缺失和重復(fù)不能形成正常精子，或凋亡導(dǎo)致精子密度減少，或發(fā)育異常導(dǎo)致精子活力降低[7-8]。隨著易位類型、斷裂點(diǎn)位置不同[9-11]，染色體不平衡配子發(fā)生率在19%～91%間變異[9，12-14]，其染色體缺失和重復(fù)的程度不相同，位于相應(yīng)片段基因的缺失和重復(fù)也不相同。這就解釋了為什么本研究中，易位斷裂點(diǎn)位置不同，患者精液質(zhì)量異常的程度不同。交互分離指來(lái)自兩個(gè)同源對(duì)中的兩條正常染色體與兩條易位染色體分別進(jìn)入兩個(gè)子細(xì)胞。由此形成兩種配子，前者為正常配子，后者為平衡配子。在上述的分離方式中，隨著重組的發(fā)生，可以產(chǎn)生32 種配子[15]；其中僅有交互分離能產(chǎn)生染色體正常和染色體平衡兩種配子，這可能是本研究中，少數(shù)患者精子密度和活力均正常的原因。

然而，染色體易位導(dǎo)致精子質(zhì)量下降的原因比較復(fù)雜，不僅與減數(shù)分裂過(guò)程中由于同源染色體配對(duì)、分離和重組異常造成配子染色體缺失和重復(fù)(相應(yīng)片段上的基因也缺失和重復(fù))密切相關(guān)，也可能由于斷裂位置處調(diào)控精子細(xì)胞生成的基因結(jié)構(gòu)被破壞或者基因表達(dá)降低而致精子生成受阻[1，16]。1號(hào)染色體可能含有對(duì)男性生育力必不可少的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)域[17-18]，在男性不育患者中，位于1q21的斷點(diǎn)報(bào)道甚多[17，19-20]。本研究29例患者中，斷裂點(diǎn)位于1q21的3例，他們的精子密度和精子活力均異常，而且異常程度均在中度以上。據(jù)報(bào)道，1q21 處有17 個(gè)在睪丸表達(dá)的基因[19]，在1 號(hào)染色體其他斷裂位置還有哪些基因與人類生育力相關(guān)？這些基因的缺失和重復(fù)、結(jié)構(gòu)被破壞或表達(dá)異常是如何影響人類生育力的？這些問(wèn)題的闡明將進(jìn)一步揭開(kāi)人類不育不孕的內(nèi)在機(jī)制。

目前染色體易位患者可以通過(guò)選擇胚胎植入前遺傳學(xué)診斷技術(shù)，利用高通量測(cè)序等方法選擇核型正?；蛉旧w平衡易位的胚胎植入以獲得健康或表型正常的胎兒，還可以通過(guò)斷點(diǎn)及其連鎖SNP位點(diǎn)分析區(qū)分完全正常胚胎和攜帶者胚胎，徹底阻斷平衡易位染色體向下一代傳遞。因此對(duì)患者進(jìn)行有效的遺傳咨詢，能夠降低不孕不育和出生有缺陷、智力障礙等染色體異常患兒的風(fēng)險(xiǎn)，達(dá)到優(yōu)生優(yōu)育的目的。