自然流產(chǎn)胚胎的遺傳學(xué)病因研究進(jìn)展

孫雷　樊祖茜

【關(guān)鍵詞】自然流產(chǎn);遺傳;染色體;基因組;基因

中圖分類號：R394.8;R714.21文獻(xiàn)標(biāo)志碼：ADOI：10.3969/j.issn.1003-1383.2022.06.013

自然流產(chǎn)是臨床常見的生殖疾病，是指妊娠不足22周，胎兒體重不足500 g而自然終止妊娠者[1]。妊娠12周之前終止者稱為早期流產(chǎn)，臨床上多表現(xiàn)為胎兒發(fā)育停止，其發(fā)病率占臨床妊娠的10%～15%，約占所有流產(chǎn)患者的80%[2～3]。不明原因的反復(fù)自然流產(chǎn)不僅給流產(chǎn)患者帶來了嚴(yán)重的身體創(chuàng)傷，而且對下一次妊娠結(jié)果的未知性也使孕婦飽受著無盡的焦慮。導(dǎo)致自然流產(chǎn)的原因很多，如胚胎因素、母體因素、免疫功能異常和環(huán)境因素[4]。胚胎因素中染色體異常占自然流產(chǎn)的50%以上，而胚胎染色體的數(shù)目異常（包括非整倍體和多倍體）占染色體異常胚胎的86%以上[5]，是導(dǎo)致自然流產(chǎn)的主要原因[6～7]。目前，臨床科研人員對夫妻雙方的遺傳學(xué)病因研究較多，而對胚胎自身基因變異的研究還相對較少。本文就胚胎組織的染色體核型、基因組拷貝數(shù)以及基因的突變和多態(tài)性等遺傳學(xué)因素的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1流產(chǎn)胚胎組織的染色體檢查

早在1961年開始，就有了關(guān)于自然流產(chǎn)染色體異常的報告。1966年WHO公布了自然流產(chǎn)的染色體異常率為19.4%（綜合資料顯示788例中有153例染色體異常），隨著研究逐漸增多，人們發(fā)現(xiàn)自然流產(chǎn)與染色體新發(fā)突變具有非常強(qiáng)的相關(guān)性，并認(rèn)為自然流產(chǎn)中新形成的染色體結(jié)構(gòu)異常和遺傳一樣重要。日本一項對1115例流產(chǎn)物的研究，揭示了自然流產(chǎn)中胎兒染色體異常占48.7%，從而充分證實了染色體異常不僅是流產(chǎn)的部分原因，而且是流產(chǎn)的主要原因，其研究還顯示，對于新生兒常見的21號、18號和13號染色體異常，在染色體異常中僅占一小部分，因為大部分的異常（約80%以上）在孕期已經(jīng)發(fā)生了流產(chǎn)，只有少部分染色體異常胎兒能夠存活至出生。

國內(nèi)對于自然流產(chǎn)染色體異常的研究起步相對較晚，從20世紀(jì)80年代才陸續(xù)有了流產(chǎn)相關(guān)的染色體檢查的研究報道，其中大部分的研究還只是針對夫妻雙方染色體的異常。直到1988年，國內(nèi)報道了中國地區(qū)的早期妊娠的染色體異常頻率、染色體的數(shù)目異常與結(jié)構(gòu)異常的比例為42%，與日本學(xué)者的報道相符。隨后，越來越多關(guān)于流產(chǎn)物染色體檢測的報道證實了胚胎染色體的異常是導(dǎo)致自然流產(chǎn)的主要原因[8]。

早期的研究均采用細(xì)胞培養(yǎng)、染色體核型分析的方法檢測染色體的異常。通過絨毛細(xì)胞培養(yǎng)和核型分析可以全面、直觀地判斷每條染色體數(shù)目和大的結(jié)構(gòu)異常，客觀地反映胚胎的遺傳學(xué)信息。然而，由于流產(chǎn)組織多為陳舊標(biāo)本，送檢時多已腐爛變質(zhì)和污染，導(dǎo)致絨毛細(xì)胞培養(yǎng)失敗率高達(dá)10%～40%[9]。因此，高成功率的分子診斷方法成了流產(chǎn)物診斷的迫切需求。隨著技術(shù)的進(jìn)步，熒光原位雜交技術(shù)（FISH）、串聯(lián)重復(fù)的定量熒光PCR技術(shù)（STR-QF-PCR）和多重連接探針擴(kuò)增技術(shù)（MLPA）開始應(yīng)用于流產(chǎn)物染色體檢測中。同時，這些技術(shù)與患者臨床表型的結(jié)合分析，讓我們對流產(chǎn)患者的表型又有了進(jìn)一步的認(rèn)識。

白瑞芳等[10]應(yīng)用FISH檢測胚胎停育絨毛組織的13/16/18/21/22/X/Y染色體數(shù)目，染色體異常檢出率為42.7%，同時，通過對比不同流產(chǎn)次數(shù)和患者年齡段的染色體異常，發(fā)現(xiàn)流產(chǎn)次數(shù)與染色體異常率沒有明顯的相關(guān)性，但不同年齡段的染色體異常分布存在差異。彭瓊玉等[11]通過對流產(chǎn)組織的FISH研究檢出了三體（28.57%）、性染色體單體（9.89%）、三倍體、雙重三體、四倍體、嵌合體等多種類型的染色體異常。ISIDORI等[12]采用QF-PCR/MLPA聯(lián)合分析技術(shù)檢出染色體異常的比例為46.3%，其中74.4%為常染色體非整倍體，10.4%為三倍體，8.5%為性染色體非整倍體，3.7%為結(jié)構(gòu)改變，2.7%為多重非整倍體，實現(xiàn)了所有染色體非整倍體、三倍體以及亞端區(qū)的結(jié)構(gòu)不平衡改變的檢測。黃霈等人[13]應(yīng)用MLPA技術(shù)檢測發(fā)現(xiàn)胚胎染色體異?？赡苁窃缙谧匀涣鳟a(chǎn)的重要原因，另外還發(fā)現(xiàn)，胚胎性別、孕婦年齡以及不同方式輔助生殖技術(shù)均與絨毛染色體異常的發(fā)生有一定關(guān)系。

因此，通過以上的研究顯示，染色體的數(shù)目異常是導(dǎo)致自然流產(chǎn)發(fā)生的主要原因，同時，自然流產(chǎn)的細(xì)胞遺傳學(xué)診斷，以及后續(xù)的染色體分子診斷技術(shù)對于自然流產(chǎn)的病因研究以及生育指導(dǎo)有著非常重要的意義。

2流產(chǎn)胚胎組織的基因組拷貝數(shù)檢測

在早期的研究中，自然流產(chǎn)的遺傳學(xué)檢測主要采用細(xì)胞遺傳的核型分析方法，以及后來發(fā)展起來的FISH、STR-QF-PCR和MLPA等分子診斷技術(shù)。這些方法可以檢測染色體的數(shù)目異常和大的染色體結(jié)構(gòu)變異，而隨著研究的深入，人們逐漸發(fā)現(xiàn)，雖然自然流產(chǎn)胚胎染色體異常是導(dǎo)致自然流產(chǎn)的主要原因，但自然流產(chǎn)患者的胚胎組織中，也有一部分是由于小的染色體結(jié)構(gòu)異常（胚胎基因組水平的微缺失、微重復(fù)）造成，因此，傳統(tǒng)的染色體核型分析已經(jīng)不能完全滿足對于流產(chǎn)物遺傳病的檢測需求。目前，用于基因組拷貝數(shù)檢測的方法主要有染色體微陣列技術(shù)（CMA）和二代測序技術(shù)（NGS）等分子遺傳學(xué)技術(shù)。

LEVY等[14]通過對2392例流產(chǎn)物樣本的回顧性研究發(fā)現(xiàn)，除了檢測出常規(guī)的染色體數(shù)目異常外，還檢出了12例（1.6%）基因組拷貝數(shù)改變和3例（0.4%）病基因組的單親二體情況。WANG等[15]的研究顯示，除了常規(guī)的染色體異常外，還發(fā)現(xiàn)了12例（2.2%）為致病性微缺失/微重復(fù)，10例（1.9%）為單親等二體，以及15例（2.8%）不確定臨床意義的變異。CHEN等[16]的研究發(fā)現(xiàn)非整倍體是最常見的異常（46.84%），其次是多倍體（8.16%）和結(jié)構(gòu)染色體異常（3.95%），并且，通過logistic回歸分析發(fā)現(xiàn)孕婦年齡越大、胎齡越小、先前流產(chǎn)次數(shù)越少，胎兒染色體異常的百分比明顯越高。SAHOO等[17]采用CMA檢測了核型分析失敗的樣本，其中90%以上的樣本中取得了成功，并且除了可以識別常規(guī)的非整倍體和多倍體外，還可以有效檢測基因組純合性、基因組不平衡性以及母體細(xì)胞污染等情況，從而可以最大限度地提高靈敏度并減少假陰性結(jié)果。陳毅瑤等在579例異常樣本中，檢出了染色體數(shù)目異常489例（84.46%），染色體結(jié)構(gòu)異常85例（17.38%），嵌合體27例（4.66%），并進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)了染色體異常比例與孕婦年齡、流產(chǎn)孕周有相關(guān)性[18～19]。

目前，基因組水平的微缺失和微重復(fù)檢測已在自然流產(chǎn)患者中廣泛應(yīng)用。現(xiàn)有的研究顯示，自然流產(chǎn)的遺傳學(xué)病因不僅是染色體的數(shù)目異常，還有很大一部分存在基因組微缺失和微重復(fù)，以及單親二體等異常。因此，相關(guān)研究可以更好地為臨床醫(yī)生的再生育風(fēng)險評估提供依據(jù)。

3流產(chǎn)胚胎組織的基因檢測

相關(guān)研究認(rèn)為，自然流產(chǎn)特別是反復(fù)性自然流產(chǎn)有很大一部分是屬于多基因遺傳病，發(fā)病可能涉及多個基因位點的突變。目前，關(guān)于流產(chǎn)或流產(chǎn)風(fēng)險相關(guān)的基因也是當(dāng)前生殖方面遺傳學(xué)的研究熱點，但相關(guān)研究主要集中在對胚胎父母雙方的基因多態(tài)性和突變方面，包括免疫、代謝、凝血、激素細(xì)胞因子等相關(guān)基因[20～23]。在自然流產(chǎn)方面，也有很多自然流產(chǎn)與基因相關(guān)性的研究報道[24～26]。通過對父母基因的研究，可以有效揭示出部分基因的變異可能會導(dǎo)致出現(xiàn)高風(fēng)險自然流產(chǎn)的情況。

雖然對發(fā)生自然流產(chǎn)的夫妻進(jìn)行基因多態(tài)性或突變研究可以了解部分基因?qū)е伦匀涣鳟a(chǎn)的高風(fēng)險，但是卻不能明確流產(chǎn)發(fā)生的主要致病基因。因此，如果要發(fā)現(xiàn)準(zhǔn)確的流產(chǎn)致病性基因，就需要采用染色體數(shù)目正常，沒有微缺失和微重復(fù)的自然流產(chǎn)胚胎組織樣本進(jìn)行研究。目前，由于技術(shù)發(fā)展和樣本獲取等方面的原因?qū)е铝鳟a(chǎn)胚胎組織的相關(guān)基因研究還相對較少。2013年SHAMSELDIN等[27]對一個反復(fù)流產(chǎn)家系首次進(jìn)行全外顯子測序（WES）檢測，發(fā)現(xiàn)了流產(chǎn)的病因是由于CHRNA1基因的純合突變導(dǎo)致的非免疫性胎兒水腫。2015年ALAMILLO等[28]的研究發(fā)現(xiàn)COL1A2、GBE1、OFD1和RAPSN等四個基因的變異可能與胎兒死亡或終止妊娠有相關(guān)性。2016年QIAO等[29]報道兩個復(fù)合雜合基因DYNC2H1和ALOX15可能是導(dǎo)致反復(fù)流產(chǎn)的病因。2018年FU等[30]首次報道了采用外顯子測序分析了286例流產(chǎn)物，并發(fā)現(xiàn)其中有32個基因可能與自然流產(chǎn)相關(guān)。隨著技術(shù)的發(fā)展，全外顯子測序在流產(chǎn)胚胎組織的基因診斷中越來越廣泛[31～33]，在2021年新發(fā)表的幾篇文章中，NAJAFI等[34]通過全外顯子測序分析流產(chǎn)物的致病基因，發(fā)現(xiàn)了11個疑似導(dǎo)致流產(chǎn)的基因。ZHAO等[35]通過外顯子測序的隊列研究，發(fā)現(xiàn)了6個致病性變異，以及16個可能致病性變異。隨著關(guān)于流產(chǎn)致病基因研究的深入，相信更多更準(zhǔn)確的流產(chǎn)相關(guān)的致病基因會被揭示出來。

雖然人們已經(jīng)認(rèn)識到基因的變異也會導(dǎo)致流產(chǎn)的發(fā)生，但是由于基因數(shù)目多，分析難度大，因此，該部分的研究還處于初級階段，還有很多未知的基因效應(yīng)等待著開發(fā)和了解，相信在后續(xù)的很多年中，基因變異與流產(chǎn)的相關(guān)性將會是自然流產(chǎn)研究中的重點和熱點。

4小結(jié)與展望

目前的研究已經(jīng)證明，胚胎染色體的數(shù)目異常是導(dǎo)致流產(chǎn)的主要原因，胚胎染色體的微缺失、微重復(fù)也是導(dǎo)致流產(chǎn)的部分原因。但是，仍然還有部分流產(chǎn)未能找到病因。全外顯子測序用于夫妻雙方基因的檢查研究逐漸增多，并且也找到了部分高風(fēng)險基因。但是，目前關(guān)于流產(chǎn)胚胎的基因方面研究還相對較少，因此，后續(xù)還需要更多關(guān)于流產(chǎn)胚胎的全外顯子檢測，以盡可能全面地了解流產(chǎn)的遺傳學(xué)病因。

參考文獻(xiàn)

[1] ZHU W T，ZHENG H Q，LIU J Y，et al.The correlation between chronic exposure to particulate matter and spontaneous abortion：a meta-analysis[J].Chemosphere，2022，286（Pt 2）：131802.

[2] CUBO A M，SOTO Z M，HARO-P é REZ A，et al.Medical versus surgical treatment of first trimester spontaneous abortion：a cost-minimization analysis[J].PLoS One，2019，14（1）：e0210449.

[3] ZHENG D N，LI C Y，WU T W，et al.Factors associated with spontaneous abortion：a cross-sectional study of Chinese populations[J].Reprod Health，2017，14（1）：33.

[4] VITALE J.Recurrent miscarriage[J].N Engl J Med，2011，364（8）：783-784;authorreply784.

[5] RUSSO R，SESSA A M，F(xiàn)UMO R，et al.Chromosomal anomalies in early spontaneous abortions：interphase FISH analysis on 855 FFPE first trimester abortions[J].Prenat Diagn，2016，36（2）：186-191.

[6] SHAH M S，CINNIOGLU C，MAISENBACHER M，et al.Comparison of cytogenetics and molecular karyotyping for chromosome testing of miscarriage specimens[J].Fertil Steril，2017，107（4）：1028-1033.

[7] MCQUEEN D B，LATHI R B.Miscarriage chromosome testing：indications，benefits and methodologies[J].Semin Perinatol，2019，43（2）：101-104.

[8] 李慶禹.許昌地區(qū)168對自然流產(chǎn)夫婦的細(xì)胞遺傳學(xué)研究[J].中國優(yōu)生與遺傳雜志，2007，15（9）：45，118.

[9] JOBANPUTRA V，ESTEVES C，SOBRINO A，et al.Using FISH to increase the yield and accuracy of karyotypes from spontaneous abortion specimens[J].Prenat Diagn，2011，31（8）：755-759.

[10] 白瑞芳，侯東霞，董弘，等.孕早期胚胎停育染色體數(shù)目異常的比較和分析[J].內(nèi)蒙古醫(yī)學(xué)雜志，2020，52（11）：1294-1296.

[11] 彭瓊玉，苗紅艷，范慧敏.孕早期自然流產(chǎn)的原因及染色體異常分布特點[J].中國實用醫(yī)刊，2020，47（12）：48-51.

[12] ISIDORI I，SPAPPERI C，BARBATI A，et al.QF-PCR and MLPA：a reliable molecular system to detect chromosomal alterations in miscarriages[J].Clin Exp Obstet Gynecol，2017，44（2）：220-225.

[13] 黃霈，陳美佳，呂福通，等.早期自然流產(chǎn)胚胎絨毛染色體多重連接依賴式探針擴(kuò)增技術(shù)分析[J].中國計劃生育和婦產(chǎn)科，2020，12（5）：39-42.

[14] LEVY B，SIGURJONSSON S，PETTERSEN B，et al.Genomic imbalance in products of conception：single-nucleotide polymorphism chromosomal microarray analysis[J].Obstet Gynecol，2014，124（2 Pt 1）：202-209.

[15] WANG Y，CHENG Q，MENG L，et al.Clinical application of SNP array analysis in first-trimester pregnancy loss：a prospective study[J].Clin Genet，2017，91（6）：849-858.

[16] CHEN L，WANG L，TANG F，et al.Copy number variation sequencing combined with quantitative fluorescence polymerase chain reaction in clinical application of pregnancy loss[J].J Assist Reprod Genet，2021，38（9）：2397-2404.

[17] SAHOO T，DZIDIC N，STRECKER M N，et al.Comprehensive genetic analysis of pregnancy loss by chromosomal microarrays：outcomes，benefits，and challenges[J].Genet Med，2017，19（1）：83-89.

[18] 陳毅瑤，李淑元，張?zhí)m蘭，等.基于高通量測序的基因組拷貝數(shù)分析技術(shù)在自然流產(chǎn)組織中的應(yīng)用[J].中國優(yōu)生與遺傳雜志，2019，27（12）：1461-1464.

[19] ZHANG X，HUANG Q Y，YU Z K，et al.Copy number variation characterization and possible candidate genes in miscarriage and stillbirth by next-generation sequencing analysis[J].J Gene Med，2021，23（12）：e3383.

[20] RAMU D，VENKATESAN V，PAUL S F D，et al.Genetic variation in matrix metalloproteinase MMP2 and MMP9 as a risk factor for idiopathic recurrent spontaneous abortions in an Indian population[J].J Assist Reprod Genet，2017，34（7）：945-949.

[21] LIU Y，CHEN P G，F(xiàn)EI H，et al.Natural killer cells contributed to recurrent miscarriage by SP1-CASP3-PARP1[J].Int Immunopharmacol，2021，93：107424.

[22] ZHAO X X，ZHAO Y，PING Y L，et al.Association between gene polymorphism of folate metabolism and recurrent spontaneous abortion in Asia：a Meta-analysis[J].Medicine，2020，99（40）：e21962.

[23] AKBARI S，SHAHSAVAR F，KARAMI R，et al.Recurrent spontaneous abortion （RSA） and maternal KIR genes：a comprehensive meta-analysis[J].JBRA Assist Reprod，2020，24（2）：197-213.

[24] ZHU L Q，LIU M L，ZHANG S N，et al.Foxp3 TSDR hypermethylation is correlated with decreased tregs in patients with unexplained recurrent spontaneous abortion[J].Reprod Sci，2021，28（2）：470-478.

[25] YAN Y，F(xiàn)ANG L L，LI Y X，et al.Association of MMP2 and MMP9 gene polymorphisms with the recurrent spontaneous abortion：a meta-analysis[J].Gene，2021，767：145173.

[26] 王淑蘭.反復(fù)自然流產(chǎn)患者活化的蛋白C抵抗和FVLeiden突變的研究[D].石家莊：河北醫(yī)科大學(xué)，2002.

[27] SHAMSELDIN H E，SWAID A，ALKURAYA F S.Lifting the lid on unborn lethal Mendelian phenotypes through exome sequencing[J].Genet Med，2013，15（4）：307-309.

[28] ALAMILLO C L，POWIS Z，F(xiàn)ARWELL K，et al.Exome sequencing positively identified relevant alterations in more than half of cases with an indication of prenatal ultrasound anomalies[J].Prenat Diagn，2015，35（11）：1073-1078.

[29] QIAO Y，WEN J D，TANG F，et al.Whole exome sequencing in recurrent early pregnancy loss[J].Mol Hum Reprod，2016，22（5）：364-372.

[30] FU M，MU S，WEN C Y，et al.Whole-exome sequencing analysis of products of conception identifies novel mutations associated with missed abortion[J].Mol Med Rep，2018，18（2）：2027-2032.

[31] GOURHANT L，BOCHER O，DE SAINT MARTIN L，et al.Whole exome sequencing，a hypothesis-free approach to investigate recurrent early miscarriage[J].Reprod Biomed Online，2021，42（4）：789-798.

[32] QUINLAN-JONES E，LORD J，WILLIAMS D，et al.Molecular autopsy by trio exome sequencing （ES） and postmortem examination in fetuses and neonates with prenatally identified structural anomalies [J].Genet Med，2019，21 （5）：1065-1073.

[33] STANLEY K E，GIORDANO J，THORSTEN V，et al.Causal genetic variants in stillbirth[J].N Engl J Med，2020，383（12）：1107-1116.

[34] NAJAFI K，MEHRJOO Z，ARDALANI F，et al.Identifying the causes of recurrent pregnancy loss in consanguineous couples using whole exome sequencing on the products of miscarriage with no chromosomal abnormalities[J].Sci Rep，2021，11（1）：6952.

[35] ZHAO C，CHAI H Y，ZHOU Q H，et al.Exome sequencing analysis on products of conception：a cohort study to evaluate clinical utility and genetic etiology for pregnancy loss[J].Genet Med，2021，23（3）：435-442.

（編輯：潘明志）