染色体数目异常及遗传咨询

染色体数目异常及遗传咨询主要内容一、染色体形态及数目异常概述二、染色体数目异常的检测技术三、染色体数目异常的遗传咨询一、染色体形态及数目异常概述染色体形态染色体病类型染色体数目异常机制常见的数目异常染色体病1.

染色体形态在染色体狭窄处着丝粒(centromere,cen)将染色体分为短臂(p)和长臂(q)。根据着丝粒在染色体位置，分为中央着丝粒染色体、亚中着丝粒染色体、近端着丝粒染色体。根据染色体的长度和着丝粒的位置分为A-G7组B组A组D组E组F组C组G组A组：1-3，大B组：4、5,

大C组：6-12+X,

中D组：13-15,

中E组：16-18，小，F组：19、20，小G组：21、22

+Y，最小46，XY46，XX正常染色体核型2.

染色体病类型染色体畸变导致染色体病，数目异常染色体病结构异常染色体病按受累染色体可分为常染色体病和性染色体病。染色体病表现一系列畸形和症状，又称染色体综合征。三倍体：

69,XXY（XXX，XYY）整倍体（n的倍数） 四倍体：

92,XXXX亚二倍体：单体(2n-1)Turner

综合征——45,X超二倍体：三体(2n+1)21三体—— 47,XX,+21。非整倍体染色体数目异常常机理3.

染色体数目异整倍体异常核内有丝分裂4N2N 2N2N 2N精（卵）原细胞有丝分裂生殖细胞核内复制减数分裂不分离非整倍体异常有丝分裂不分离第二次卵裂中X染色体不分离,产生核型45,X/46,XX/47,XXX染色体丢失第二次卵裂中X染色体丢失,产生核型45,X/46,XX嵌合体

(mosaic)概念：由两种或多种不同核型的细胞系所组成的个体例：46,XX/47,XX,+2145,X/46,XX/47,XXX产生机理：受精卵卵裂染色体不分离受精卵卵裂染色体丢失常染色体异常综合征

21三体综合征（Down综合征）

18三体综合征（Edward综合征）

13三体综合征（Patau综合征）4

常见染色体数目异常疾病性染色体异常综合征

Klinefelter综合征

Turner综合征

XYY综合征

X三体综合征染色体数目异常自然流产率染色体异常发生率(%)Trisomy

132Trisomy

1615Trisomy

183Trisomy

215Trisomy

other25Monosomy

X20Triploidy15Tetraploidy5染色体异常发生率(‰)Trisomy

130.2Trisomy

180.3Trisomy

211.545,X0.1-0.247,XXX147,XXY147,XYY1染色体数目异常发生率染色体数目异常核型种类例数（%）21三体869（35.57%）性染色体数目异常227（9.29%）18三体17（0.70%）13三体8（0.33%）含标记染色体21（0.86%）染色体结构异常核型种类例数（%）易位259（10.60%）倒位82（3.36%）缺失45（1.84%）插入4（0.16%）其他26（1.06%）核型种类例数（%）两性畸形核型151（6.18%）多态734（30.05%）外周血异常核型2443例（2003-2010年）羊水异常核型共131例（2003-2008年）染色体数目异常核型种类例数（%）21三体25（19.08%）性染色体数目异常9（6.87%）18三体3（2.29%）含标记染色体1（0.76%）染色体结构异常核型种类例数（%）易位13（9.92%）倒位20（15.27%）缺失4（3.05%）核型种类例数（%）性别异常

46,xy[89]/46,xx[11]1（0.76%）多态55（41.98%）21三体综合征（Down 综合征）Langdon

Down博士首次于1866年描述此病。Down综合征患儿出生率接近1:800。Down综合征发生与母亲孕龄密切相关。新生儿期最常见的临床表现为严重的肌张力低下。面部特征表现为外眼角上斜、

小耳、伸舌。临床特征

50%患者表现为通贯掌

40%患者有先天性心脏病。白血病发病风险较正常人高15%。大多数成年患者有患

Alzheimer

病风险。临床特征21三体

(95%)–47,XXorXY,

+21通常发生在母体减数分裂期

(约占90%病例),

主要在减数分裂I期Robertsonian易位

(4%)– 46,XXorXY,der(14;21)(q10;q10),

+2121q21q

易位Down

综合征嵌合体

(1%)46,XXorXY/47,XXorXY,

+21通常表型较轻染色体分型47,

XY,+21父母携带者受累子女发病率：1:7500。临床特征:脑发育迟缓,

生长发育障碍,

严重的心脏畸形,

肌张力低下,

枕骨突出,

小额畸形,

耳低位耳畸形,

胸骨短小。其特征性握拳姿势表现为第二第五手指重叠在第三第四手指上。足部表现为摇椅形足底(“rocker-bottom”)，跟骨突出。其发生与孕妇高龄有关。18三体综合征(Edwards综合征)临床特征47,

XY,+18发病率：1:15,000-1:25,000。临床特征：生长及脑发育迟缓，并伴有严重的神经系统畸形。唇腭裂。多指、多趾畸形。手紧握，足部特征与18三体综合征相似。13三体综合征(Patau综合征)临床特征47,XX,+13发病率：1:1000。临床特征:轻度学习障碍。身材高大。第二性征发育异常，无精子症，不孕。30%患者男性乳房发育。Klinefelter

综合征47,XXY占患者80%-85%

。母源性病例与母亲高龄有关。嵌合体如46,XY/47,XXY占患者15%

。核型中超过两条X染色体的病例，如48,XXXY或49,XXXXY少见，＜5%。染色体核型47,

XXY发病率：1:5000-1:10,000。临床特征:–孕中期超声表现为胎儿广泛水肿（积水）或颈后透明膜增厚。–后发际低，颈璞。Turner

综合征智力一般正常。两个主要异常表现为身材矮小；卵巢衰竭，原发性闭经导致不孕症。其它：第四掌骨短小，乳头间距宽，主动脉狭窄。临床特征核型发生率

(%)Monosomy

X-45,X50Mosaicism(e.g.,

45,X/46,XX)20Isochromosome-46,X,i(Xq)15Ring-46,X,r(X)5Deletion-46,X,del(Xp)5Other5染色体核型45,

X发病率：1:1000。临床特征:患者智商在正常范围，但较同胞低10-15分。轻度学习障碍，异常数目的X染色体越多越明显。身材高，可生育，后代一般核型正常。XXX

综合征47,XXX，46,XX/47,XXX。XX

减数分裂不分离导致：23,X×24,XX47,XXX。染色体核型发病率：1:1000。临床特征:–冲动性格。–智商一般正常，但较染色体正常的同胞低10-15分。–轻微学习障碍可涉及语言表达能力。–成年男性高瘦，有生育能力。XYY

综合征47,XYYYY

减数分裂不分离导致：23,X×

24,YY47,XYY。染色体核型二、染色体数目异常的检测技术传统染色体核型分析荧光原位杂交（FISH）定量荧光多聚酶链反应（QF-PCR）多重连接依赖探针扩增（MLPA）染色体微芯片（CMA）新一代测序（NGS）1.传统染色体核型分析疑似染色体病的首选。外周血/羊水培养的常规G显带染色体检查应用于染色体病诊断、辅助生殖、产前诊断。核型分析记录及染色体异常的命名是按ISCN2013书写和描述。显带：经不同的方法处理染色体，经染色后使染色体在纵轴上显示明、暗或着色深、浅相间的横纹即显带。带型对每一条染色体来说都是独特的，可以区分和确认不同的染色体。染色体显带（

Banding

）G带：用一些理化因素（热、碱、胰酶和蛋白酶）处理染色体，再用Giemsa染色。R带：反G带Q带：用荧光染料氮芥喹吖因(Quinacrine

mustard)处理染色体。T带：特异显示染色体末端C带：特异显示着丝粒与副缢痕的结构异染色质和Y染色体长臂远端。NOR：特异显示近端着丝粒染色体的核仁组织区显带技术类型46，XX46，XYG显带R显带Q显带染色体高分辨率G显带

(400,

550,

850)应用Digoxyginin或Biotin标记探针DNA，变性成单链后与变性的染色体或细胞核靶DNA杂交。通过观察荧光信号在染色体上的位置及数目,反映相应染色体的情况。计数血

>200细胞，组织>50细胞，

羊水>50细胞。异常细胞>

60%为阳性结果，10%-60%为异常结果，＜10%为阴性结果。2.FISH

(荧光原位杂交)FISH

探针GLP13/GLP

21CSP

18/CSP

X/CSP

Y45,X47,XY,+21FISH3.染色体STR检测（QF-PCR）应用定量荧光PCR（QF-PCR）技术扩增不同区域的核苷酸短串联重复序列（STR），通过Sanger测序仪进行毛细管电泳分析。适用于染色体整倍体和非整倍体的产前诊断，快速、敏感、准确，羊水取材少（0.5～3

ml），不需培养，规避了羊水培养失败的风险；要求羊水低温保存，适用于连锁分析。不能对染色体结构异常进行分析,嵌合体易漏检。英国临床分子遗传协会（CMGS）2012年颁布的指南“QF-PCR

for

thediagnosis

of

aneuploidybestpracticeguidelines(2012)v3.01”

：单峰视为纯合，不提供诊断信息；面积或高度比值范围为0.8-1.4双峰视为正常；1:1:1三峰、2:1（1.8-2.4）或1:2（0.45-0.65）双峰视为异常。诊断标准47,XY,+214.

多重连接依赖探针扩增（MLPA）DNA定性和半定量的检测技术。探针和靶序列DNA杂交后，通过连接、PCR扩增，经Sanger测序仪进行毛细管电泳分离和软件分析。应用于染色体整倍体和非整倍体数目异常、DMD、SMA等缺失和重复突变的检测，具有特异性高、操作方便等特点。不能检测点突变等微小突变4.

多重连接依赖探针扩增（MLPA）DNA定性和半定量的检测技术。探针和靶序列DNA杂交后，通过连接、PCR扩增，经Sanger测序仪进行毛细管电泳分离和软件分析。应用于染色体整倍体和非整倍体数目异常、微缺失/微重复综合征（Prader-Willi、Angelman、Williams-Beuren、DiGorge）、单基因病（DMD和SMA缺失/重复突变）的检测，具有特异性高、操作方便等特点。不能检测点突变等微小突变Williams综合征（7q11.2两个位点杂合性缺失）SMA常染色体隐性遗传，SMN1基因（5q11.2-11.3）98.7%外显子7和/或8缺失突变引起。图示为SMN1基因外显子7、8纯合缺失患者及杂合缺失携带者DMDX连锁隐性遗传，DMD基因（Xp21）为人类最大的基因，含79个外显子。约70%患者由缺失重复突变引起。图示DMD基因外显子51-55缺失患儿检测结果。5.染色体微阵列芯片（CMA）又称“分子核型分析”，与传统核型分析相比，分辨率更高，染色体异常的检出率更高，可检出微小的拷贝数变异（CNV）。应用于检测染色体数目异常、微结构异常、单亲二倍体、近亲婚配相关的LOH等。不能检测完全平衡的染色体重排、点突变、嵌合体；不适用于无创检测孕妇血清胎儿游离DNA。Array

CGHSNP

array染色体核型分析（金标准）短串联重复序列（STR）荧光原位杂交（FISH）芯片（CMA）MLPA染色体病（数目异常、染色体病探针覆盖特检测范围缺失、重复、数目异常数目异常基因组病异病种易位、环状、（CNV）范围倒位）局限性分辨率有限(5Mb以上)、只检测少数几条染色体数目异常（13、18、21、X、Y）只检测探针覆盖范围内的异常（5-7条）分辨率受覆盖度所限探针覆盖度限制检测范围常用检测方法6.新一代测序（NGS）新一代测序（Next

generation

sequencing，NGS)是循环芯片测序法，即边合成边测序。主要步骤：基因组DNA随机片段化、测序文库构建及文库片段加测序接头；外显子杂交捕获、富集；外显子扩增和测序；生物信息学分析。包括全基因组测序、全外显子组测序、目标序列捕获靶向测序。特点：测序长度100-150bp;高通量、高效率、高准确度；能一次平行对几十万到几百万条DNA分子进行序列测定。NGS

应用无创产前诊断染色体非整倍体孕妇血浆中含有3-5%的胎儿游离DNA，通过NGS测试分布在每条染色体上的核苷酸片段数量，根据生物信息学分析，计算出每条染色体对应的覆盖深度，转化为衡量风险的风险指数。具有无创取样，无流产风险，高灵敏度，准确性高达99%。植入前筛查与诊断（PGS/PGD）筛查胚胎染色体非整倍体，并可以鉴定携带染色体不平衡易位的胚胎。单基因病和基因组病适用于临床表现不典型、表现多样难以确诊、以及具有明显遗传异质性的遗传性疾病基因诊断。染色体非整倍体（21三体）：大片段CNV（4p15.2-pter缺失

Wolf-Hirschhorn

Syndrome）数据分析结果在自建数据库以及人类染色体遗传数据库（DECIPHER，DGV，UCSC，OMIM等）上进行检索，或者PubMed网站上对相关文献进行查找。三、染色体数目异常的遗传咨询遗传咨询的流程遗传咨询的实例患者就诊病史,体格检查,辅助检查疑似染色体病阳性CMA或NGS阴性,疑似染色体异常阴性父母验证妊♘需产前诊断风险评估高风险NIPT阴性 阳性羊水、脐血染色体核型分析或STR或CMA阴性 阳性建议终止妊♘流产标本做FISH验证再次妊♘需产前诊断风险评估其它相关检查继续产前检查(儿科或辅助生殖患者)(产科孕妇)1.

遗传咨询的流程阴性外周血染色体核型分析再发风险的估计

(以21三体为例，出生婴儿发病率)双方染色体核型正常一方为嵌合型染色体一方为非同源平衡易位一方为非同源罗氏易位一方为同源易位20-35y﹥35y连续生育三体儿/反复流产05-1%高于正常人4-9倍显著升高注意生殖系统染色体畸变嵌合风险更高如异常核型比率占50%5%18种配子,1/18正常,1/18平衡易位其余异常,反复流产死胎出生婴儿畸形风险1-10%6种配子,1/6正常,1/6罗氏易位其余异常,

反复流产死胎男方携带女方携带1-3%10-15%100%病例1.

患儿，男，3个月，因为发现“特殊面容”

来遗传科门诊。诊疗：详细询问患者病史：包括生长发育史及其父母生育史（母亲高龄，孕期唐筛高危但未做进一步检查，无反复流产史）。体格检查：患儿眼距宽，外眦上斜等特殊面容，全身肌张力低，通贯掌，胸骨左缘第3、4肋间扪及收缩期震颤，并听到Ⅲ～Ⅳ级全收缩期粗糙杂音。超声提示房间隔缺损。结合患者病史和体格检查疑似患儿为Down综合征。建议进行外周血染色体核型分析明确诊断。染色体检测结果为47,XY,+21。确诊患儿为Down综合征标准型。再发风险评估：孕妇高龄是生育Down综合征患儿的重要因素，与父母核型无关。考虑到标准型Down综合征孕育史阳性者，再发风险都比无阳性孕育史同龄孕妇的风险高2～8倍，因此，标准型21-三体综合征患儿父母可以不行核型分析，但再次生育应该进行产前诊断。2.

遗传咨询的实例47,

XY,+21病例2.

患者，女，18岁，因“生长发育迟缓6年，乳房发育差3年，一直无月经来潮”来遗传门诊就诊。诊疗：详细询问患者的症状特征及家族史：患者生长发育迟缓，且乳房发育差，无月经来潮，学习成绩差，智商稍低（智力的测试评分：IQ80分）；查体发现身材矮小、全身多痣、后发际低、颈蹼、胸平而宽及第二性征发育不全（腋毛、阴毛稀少，两乳房无明显发育）；辅助检查B超发现始基子宫及双侧卵巢发育不良，激素水平显示雌激素低，促卵泡激素及黄体生成素高，同样提示卵巢发育不良。上述特征高度提示Turner综合征。询问家族史后发现该家系中仅先证者一个患者，为散发性。结合患者病史和体格检查，建议进行外周血染色体核型分析明确诊断。染色体检测结果为45,X。确诊患儿为Turer综合征。分析病因：Turner综合征是由于双亲配子形成时在减数分裂过程中X染色体的同源染色体或姐妹染色单体不分离，导致其中部分配子缺失一条X染色体或Y染色体，与正常配子结合后形成核型为45,X的合子。70%的性染色体不分离为父源性。再发风险评估：Turner综合征大多为新发，再发风险低，但双亲再次生育时，需进行产前相关检查，并进行产前诊断。咨询建议：1)孕前双方尤其是男方应远离诱发染色体畸变的各种因素，如药物、辐射、化学物质等。2)尽管Turner综合征目前没有根治的办法，但早期的对症治疗可有效地改善患者的症状。对于该患者应考虑激素治疗以促进性发育，并维持第二性征。3)由于该综合征患者有性发育不良，一般无生育能力。对于少部分保留生育能力的，可通过辅助生殖技术进行妊♘，但由于Turner综合征常合并多种并发症，在妊♘前，应详细评估相关的并发症或潜在并发症，建议其慎重考虑妊♘。45,

X病例3.

患者，男，31岁，因为“婚后不育5年”由某院生殖中心门诊转到遗传门诊就诊。诊疗：详细询问患者的症状学特征及家族史：患者结婚多年，有性生活，未避孕，但一直未育；查体发现身材细长，并以下肢为明显，性发育不良（喉结不明显、声音尖细、无胡须和腋毛、阴毛稀少、阴茎短小、双侧睾丸小），并有男性乳房发育；辅助检查发现睾酮低，但促卵泡激素和黄体生成素明显偏高，催乳素也偏高，提示睾丸发育不良；精液检查未发现精子，提示可能精子形成障碍。这些特征高度提示Klinefelter综合征。询问家族史后发现该家系中仅先证者一个患者，为散发性。建议进行外周血染色体核型分析明确诊断。染色体检测结果为47,XXY。确诊患儿为Klinefelter综合征标准型。再发风险评估：Klinefelter综合征大多为新发，再发风险低，<1%，但患者的双亲再次生育时，应进行产前相关检查，并进行产前诊断。咨询建议：1)孕前双亲应远离诱发染色体畸变的各种因素，如药物、辐射、化学物质等。2)该病与女方高龄有关，33岁产妇发病为1/2500，43岁产妇升高到1/300，故应对高龄孕妇行产前诊断。3)尽管该综合征目前没有根治的办法，但早期的对症治疗可有效地改善患者的症状，尤其是性激素的替代治疗可有效地促进第二性征发育。4)由于该综合征患者存在无精或严重少弱精症，一般无生育能力，可借助辅助生殖技术进行生育，必要时可采用供精人工授精，并建议女方妊♘期间进行产前诊断。转请相关科室科根据患者病情制订治疗方案。病例4.

孕妇，25岁，孕19w+2，因为唐氏筛查高风险由产科门诊转来遗传科门诊就诊。诊疗：详细询问患者病史：孕妇为皮鞋厂工人，怀孕期间无流产迹象，为初次怀孕。根据患者孕周，建议患者做无创高通量测序或是羊水穿刺染色体核型分析，患者签署知情同意书做无创高通量测序产前筛查。无创高通量测序结果显示胎儿21-三体综合征，建议患者行羊水穿刺做染色体核型分析以确诊，并签署知情同意书。羊水STR检测及染色体结果均提示21-三体，确诊胎儿为Down综合征。建议患者终止妊♘，流产标本建议做FISH检测。患者流产标本FISH检测结果提示为21-三体。再发风险评估：几乎所有的标准型21-三体综合征都属新发，与父母核型无关。患者再次怀孕生育21-三体综合征的风险比无阳性孕育史同龄孕妇的风险高2～8倍。其中30岁以下孕妇升高更明显，推测孕妇存在生殖腺嵌合或父母存在与染色体不分离易感性有关的遗传或非遗传因素。因此，胎儿父母可以不行核型分析，但再次生育应该进行前诊断。47,XY,+21语言功能发育障碍，智力发育异常，注意力集中困难，提示患7q11.23

duplication

syndrome。•DECIPHER数据库搜索DECIPHER数据库搜索结果病例5：患者临床症状：3岁，发育迟缓，语言功能异常，脑室系统扩大，核型检测正常。CNV检测结果：chr7:72780001-74080000_3，确定变异范围为7q11.23区域1.29Mb重复

。MLPA结果：7q11.23两个位点杂合重复，提示7q11.23重复综合征核型结果难以确定多余部分的来源？病例6：患者临床症状：21个月，发育迟缓。核型结果：46，XY，der（13）（pter→q33::?）CNV检测结果：chr4:141300001-190940000_3|chr13:113620001-115100000_14q31-qter区域49.64Mb重复，13q34区域1.48Mb缺失。DECIPHER数据库搜索结果该区域异常可能伴随智力发育异常，语言功能发育障碍，扁平足，色素淀积，脐疝眼睑裂等症状。病例7：患者临床信息：57天，患有支气管肺炎，肌张力不足。核型结果：47，XY，+mar核型结果难以确定标记染色体的来源？CNV检测结果：chr18:120001-15420000_4，提示多余染色体来源于18号染色体短臂18p11-pter区域