染色体变异(染色体多态性)

作者:秋凉 | 发布日期:

染色体变异(variation)也被称为染色体多态性(polymorphism),把染色体变异归类到“染色体异常”中其实是错误的。染色体变异是指染色体上的某些片段发生的非病理性的改变,它们一般是染色体的异染色质区域,或者端着丝粒染色体的随体部位。染色体变异在人群中发生的比例很高,经常在染色体核型分析中被发现。很多人对染色体变异心存疑虑,或者感到恐惧。染色体变异究竟是什么?为什么染色体变异不会影响健康?染色体变异对生育真的没影响吗?在这个专题中让我们来科学地了解这些问题。

什么是染色体变异(染色体多态性)

从生命科学的角度,染色体和染色体上的基因控制一个人的全部,包括你的容貌、身高、体重、智商等等,当然,这只是机械生物论者的观点。但是,这从一个侧面说明染色体对于个人有多重要。一旦染色发生问题,它所影响到的通常不是人体健康的某一个方面,而是全面影响到人体的许多脏器和组织结构,造成多样的功能损害。染色体上一个小小片段的异常,就足以造成严重的后果:特殊面容、多发畸形、智力低下等是染色体异常的常见表现。可见,拥有一套“正常的”染色体对于我们是多么重要。

染色体核型分析是用以检查个体的染色体是否正常的经典方法。通过特殊的技术手段,把细胞内的染色体固定下来,通过显微镜来观察染色体的数目和形态,以此判断染色体是否正常。在一般情况下,正常的染色体都有一套固定的“外貌”,我们以此确定一张染色体正常核型的“标准图谱”。例如:每个细胞内都有46条染色体;男性有一条X染色体和一条Y染色体,女性有两条X染色体;某号染色体应该有多长,在显微镜下可以分辨出多少条带,条带应该如何分布,等等。如果你的染色体和这张标准图谱相同,那就是正常的;反之,可能就有问题了。

染色体变异

然而,问题在于,染色体有时候也如同这个时代的个人一般,希望表现一些自己的个性。并没有哪条自然法律规定正常的染色非得看上去完全一样,或者说非得长成完全相同的样子。偏偏染色体上有些部分显得不那么重要,略加改变并不影响到染色体的功能,也不影响到个体的健康,于是很多染色体就在这些地方略做修饰,使得自己和“标准图谱”显得不太一样。如果从标准核型的角度来看,这些染色体显然是“变异”了,这些彰显个性的染色体就被称为是“变异染色体(variant chromosomes)”。

让我们略微严肃一些。染色体变异指的是不同人群中在染色体上的某些特定区域表现出来的外观上的明显差异,但是这些差异并不影响染色体的功能,这是染色体变异(variation)和染色体异常(abnormality)的重要区分。请注意,虽然我把染色体变异的内容放在“常见遗传疾病”栏目下,严格来说这是错误的。染色体变异并不属于疾病范畴。之所以这样做是为了检索的方便,因为大多数读者并不懂得两者之间的差别。染色体变异所涉及的染色体区域,通常是一些被称为“异染色质”的区域,这些区域不含有具有转录活性的基因,对于个体的任何表型均没有影响。因此,染色体变异在很多地方也被称为染色体正常变异(normal variation)。

如果你能理解人有A、B、AB和O四种不同血型,那你也可以用同样的概念来理解染色体变异。不同的人血型不同,但是这对于健康本身没有影响——当然,如果你信奉那些无稽的血型决定命运的宿命论观点另当别论——不同人群间的血型差异可以被称为异质性。而染色体变异也是另一种异质性的表现。人与人之间在一些染色体的区段上会表现得不同,然而总体来说,这些都属于正常的染色体核型。

染色体变异有时候也被称为染色体多态性,这两个概念所指的内容是一样的。从遗传学的角度来说,对于染色体变异使用多态性(polymorphism)是不准确的;但是,我们并不需要过度深究这一问题。当你看到染色体多态性时,只需知道,这与染色体变异是同一回事。要紧的是,我们这里对于染色体变异的所有描述都可以用来描述染色体多态性。

常见的染色体变异类型

虽然染色体变异的种类事实上很多,常见的染色体变异,或者说大多数人所能够“遇到”的染色体变异并不太多。我尽可能将常见染色体变异罗列在这里的主要目的是为了让那些曾经接受过染色体核型分析的人可以在这里找到这些核型的描述,以明确知道自己的核型是否属于染色体变异。

常见染色体变异区域

1qh,9qh,16qh,yqh染色体变异

染色体变异所涉及的染色体区域通常为异染色质区域。异染色质分布在特定染色体的特定区段上。异染色质的英文名词是heterochromatin,我们常常取英文单词的第一个字母h来作为异染色质的缩写。结构性异染色质通常位于染色体长臂靠近着丝粒的部位。例如,位于1号染色体长臂区域的异染色质可以简写为1qh,9号染色体长臂区域的异染色质则可写为9qh,依次类推。常见的结构性异染色质包括1qh、9qh、16qh和Yqh这四种,这些区域发生的变化都属于染色体变异。

这些异染色质区域既往也曾被称为染色体的“次缢痕”,只是这种说法现在已经很少用。如果看到说染色体的次缢痕改变,那么其实就是指这些异染色质区的变化。

常见异染色质区变异

结构性异染色质区域的改变可以是长度的变化。例如,1qh+表示1号染色体长臂异染色质区长度较“标准核型”增加,而1qh-则表示1号染色体长臂异染色质区长度较“标准核型”有所减少。除了长度以外,结构性异染色质的改变也可以表现为与异染色质区域相关的倒位。例如,inv(9)(p12q13)是指9号染色体长臂区域的异染色质部分倒位到了9号染色体的短臂上,这也是染色体变异的一种常见类型。

涉及到1qh、9qh、16qh和Yqh的常见变异形式如下:

  • 1qh+、1qh-、inv(1)(p11q12)
  • 9qh+、9qh-、inv(9)(p11q12)、inv(9)(p11q13)、inv(9)(p12q13)
  • 16qh+、16qh-
  • Yqh+、Yqh-

此外,有些实验室习惯加上var三个字母以强调这是染色体变异,比如写成var(1qh+),其实际含义与1qh+完全相同。根据ISCN的染色体核型命名标准,var是不需要添加的。

端着丝粒染色体短臂结构变异

端着丝粒染色体模式图

有一类染色体在外表上显示出与众不同的特征:它们的短臂很短,有时候看上去几乎看不见,着丝粒不再位于染色体的“中间”,而似乎位于染色体的一端,这种染色体被称为端着丝粒染色体。在人类染色体中,13、14、15、21、22号染色体都属于端着丝粒染色体。端着丝粒染色体的短臂由三部分构成:着丝粒区异染色质、随体柄和随体。这三部分的结构均可以发生变异,尤其是随体和随体柄结构,不同个体间会发生比较大的差异。在极端的情况下,这些端着丝粒染色体的短臂部分可以几乎没有;而在另一种极端的情况下,随体可以变得很长,使得端着丝粒染色体看上去很象近中着丝粒染色体。

常见随体和随体柄变异

这些端着丝粒短臂结构的变异通常也是长度的不同。例如,随体长度增加,就写作ps+,其中p是短臂的缩写,而s是随体的缩写;随体柄长度增加,则写为pstk+,stk为随体柄的缩写。除了长度不同,随体和随体柄的数量也可能不同。有些染色体可能出现双随体或者双随体柄的情况,这些都属于染色体变异。我们以15号染色体为例,将常见的端着丝粒染色体短臂部分的变异情况罗列于下:

  • 15ps+   随体长度增加
  • 15pstk+   随体柄长度增加
  • 15cenh+   着丝粒区异染色质长度增加
  • 15pss   双随体
  • 15pstkstk   双随体柄

值得注意的是,如果不写清楚具体的随体和随体柄变化情况,而只是笼统地写15p-或者15p+之类的核型,对于是否是染色体变异的判断就要警惕一些。检测实验室对于这种核型应该加以说明,以告诉别人究竟在判断核型的时候认为它是正常的,还是怀疑可能存在其他结构异常。

Y染色体变异

Y染色体的长臂存在异染色质区域,Yqh+和Yqh-是男性中并不少见的染色体变异类型。在很多人的观念里Y染色体和生育有关(虽然这是事实,但是事实上与生育有关的不只是性染色体,还有许多常染色体上的基因和生育有关),这就导致了有许多人把不孕或者流产的理由归咎于Y染色体变异。此外,还有人从“遗传”的角度出发,认为Y染色体变异的男性生的男孩都有问题,只能生女孩。Y染色体变异

其实,Y染色体变异和其他任何染色体变异都是一样的,不存在任何临床病理意义,与不孕、流产、出生缺陷的发生没有任何联系。当然,也有人会举例,某某结婚多年妻子都没怀孕,他的染色体就是Yqh+。那么,在那些不孕的夫妇中,有多少丈夫的染色体是Yqh+呢?在那些做爸爸的男性中又有多少人的染色体存在Yqh+的变异呢?这种不合统计和逻辑的联系是造成很多遗传学误解的根源之一,在我的网站中会经常说到类似的问题。

关于Y染色体变异还有一个问题,目前很多检测实验室依然在使用不规范的语言进行描述,不使用标准的Yqh+和Yqh-,而称为“大Y”和“小Y”。这两种写法多数情况下与Yqh+、Yqh-是同义的。但是,Y染色体增长可以发生在其他染色体片段易位到Y染色体上的情况;Y染色体长度减小也可能不只影响到异染色质部分,而损害了部分常染色质结构进而造成AZF区域的缺失。这些变化就不再属于染色体变异,而具有病理性意义了。因此,对于“大Y”和“小Y”这样的写法,务必要明确是否是指Yqh+或Yqh-。必要时可以通过更权威的实验室复查染色体或者进行AZF区域基因检测等方法获得明确。

多个染色体的变异

有些人会同时存在多个染色体变异的情况。例如:

多个染色体变异

46, XX, 13pstk+, 14pstkstk, 21pstk+, 21cenh+

这位女士存在一条13号、一条14号、两条21号四条变异染色体,其中一条13号染色体和一条21号染色体均为随体柄长度增加,一条14号染色体为双随体柄,而另一条21号染色体(注意我们加了一条下划线以示区分)为着丝粒区异染色质长度增加。

很多人看到这样的核型会觉得很“恐怖”,以为自己发生了大问题,甚至有些医生也会说,你的那么多染色体都有问题,肯定很严重。

我们已经知道,染色体变异是没有病理意义的,无论对于个体健康和生育后代都没有影响。既如此,多个变异染色体也不会造成任何影响,这就好比0+0+0+0依然等于0一样。尽管这样的染色体核型看起来颇具视觉冲击力,但是事实上它只是外表粗鲁一些,内心却依然很温柔。

一句话:染色体变异对个人并无影响,多个染色体变异也是一样的。

染色体变异对健康和生育的影响

首先将结论告诉你:染色体变异无论对个人健康还是生育都没有负面影响。

染色体变异事实上也可以被称为是正常的变异(normal variation),正如我在之前曾说过的,正常的染色体并不需要长得完全一样。可是依然有很多人对于染色体变异心怀疑虑,认为既然和“正常人”有些不同,那么自然应该在哪些方面有所影响。也有人从“科学”的角度出发,认为这些变异对于健康和生育都会产生影响。我从两个方面来简单说明一下为什么染色体变异对健康和生育都没有影响。

认为染色体变异对个体健康有影响的主要论据是这些变异片段涉及到遗传物质总量的改变,而这是引起染色体病的原因。但是,我们已经知道,这些变异染色体所涉及到的都是一些不具有表达活性的异染色质部分,这些成分就目前所知,并不对个体的表型产生影响,因此以与常染色质相同的判断来推定这些异染色质的数量改变也会致病是没有依据的,是明显形而上的错误。很多年来,有很多研究试图说明染色体变异和肿瘤等疾病的发生有关,可是同样也有很多研究证明染色体变异与这些情况毫无关系。

认为染色体变异对生育有影响,很大程度上是出于变异的片段可能在细胞分裂过程中导致异常重组的概率增高,从而引起流产、多发畸形等情况的发生。尽管在过去有人从理论上“合理”地推测了各类染色体变异对于细胞分裂可能产生的影响,但是事实上这些影响从来没有在实际中被观测到。对于这种“推测”或者“假定”,用一句中国的成语“纸上谈兵”来进行描述再恰当不过。大量的观测事实证明,变异的染色体并不会在减数分裂和有丝分裂中产生负面影响,因此所谓染色体变异增加流产、不孕和多发畸形发生概率的说法是完全没有事实依据的。

事实上,关于染色体变异对生育的影响是一个引起广泛误解的问题,尤其是一些不具备相关知识的医生的解释以及网络信息的广泛传播,这些误解常常让很多人感到痛苦、失望和彷徨。有很多人对于这个问题的观点是:我在论坛上看到某某说她的染色体是“9qh+”,她已经流产过两次,所以这个染色体肯定有问题。这种推论的问题在于对偶然作出了必然的解释。

我在这里举两个简单的例子。某医生研究了十一例少见的嵌合型9号染色体三体患者,发现其中四例孩子的母亲存在9号染色体异染色质区倒位的嵌合,由此得出结论,认为9号染色体异染色质倒位是后代发生9号三体的原因。但是,人群中存在数以百万计的9号染色体多态性倒位个体,他们中的绝大多数并不会来寻求染色体检查;即使接受检查,这些嵌合的多态性也不会引起细胞遗传学专家的关注。考虑到这样巨大的人群,如此小的个案,偶然,也许才是正确的解释。

再如,随着辅助生殖技术的开展,很多不孕夫妇接受了染色体检查。有人通过对这些人群的统计,感觉在不孕人群中染色体变异的发生频率比较高,于是得出结论,染色体变异是造成不孕的重要原因。可是,染色体变异是在人群中广泛存在的,只是那些生孩子没有困难的夫妇并没有来接受染色体检查而已。这就好比我们查阅接受试管婴儿治疗患者的名单,发现姓王的患者所占比例很高,于是我们认为,姓王是导致不孕的一个重要原因。你们都会觉得这很好笑,因为人群中姓王的人本来就多。那么,对于染色体变异导致不孕、流产的观点,你们是不是也应该以同样的心情一笑置呢?

这些通过极少个案研究、甚至只是单个案例的研究而得出的结论,是经不起简单的科学批判和逻辑推敲的。你们应该稍微思考一下,用客观的态度来看待这些没有参考价值的描述。如果你做过研究,如果你写过论文,你就会知道大多数人都是带着主观结论去开展研究的。所谓欲加之罪何患无辞,要找到那么一些案例并不是难事。

其实在我对染色体变异的描述中,就已经非常明确告诉了你:染色体变异(variation)和染色体异常(abnormality)是截然不同的两个概念,这其实也就已经说明,变异染色体属于正常的范畴。既然是正常的范畴,那自然也就不应该对健康和生育产生任何不良的影响。

胎儿染色体变异

随着遗传病预防意识和产前医疗服务水平的提高,越来越多的孕妇开始接受产前胎儿细胞染色体检查。在怀孕期间接受羊水、脐血或者绒毛染色体核型分析的孕妇,绝大多数是为了排除唐氏综合征等常见的染色体异常。在这个过程中,染色体变异就成了让人抓狂的“副产品”。拥有相当分辨率的染色体核型检测既能对唐氏综合征等染色体异常进行判断,同时也能够发现胎儿的染色体变异。由于染色体变异在人群中极高的发生率,在羊水等胎儿来源细胞的染色体检测中发现染色体变异也不是个案。

对于产前诊断中发现的染色体变异,孕妇夫妇,甚至整个家庭里更多的人,关心的核心问题无非是:到底孩子有没有问题?能不能要?

通过前面部分的解释,我想这个问题应该很容易获得解答。既然染色体变异对于健康和生育都没有影响,那么胎儿的染色体变异自然也不应该对孩子产生不良的后果。说得更明确一些:羊水(或者绒毛,或者脐血)细胞染色体检查发现染色体变异的最糟糕结果是父母因为这个原因而选择终止妊娠!因为染色体变异而扼杀一个生命在医学上是一个没有依据的选择,而在生活上是一个令人心痛的抉择。

根据实践观察,胎儿的变异染色体在绝大多数情况下都遗传自父母。例如,父亲的两条1号染色体其中一条为1qh+,那么他就有50%的几率将这条1qh+的变异染色体传给他的孩子。如果父亲本身是完全正常的,没有任何因为染色体问题所导致的异常(当然,我们已经知道,1qh+一定不会对他本人带来任何影响),那么为什么要认为这个带有同样1qh+的孩子会有问题呢?不可否认,目前这个社会的普遍态度是对孩子过分关注,对于这个问题我不在这里臧否,然而在遇到实际问题时,只有冷静客观的态度才能找到最佳的答案和最好的方法。C显带和N显带用于判断变异染色体

那么,对于新发的染色体变异,又是否会有不一样的结果呢?其实也很简单,只要是染色体变异,就不会对胎儿产生任何不良的影响。可是,为什么有时候医生会建议孕妇加强B超等胎儿监测呢?这些建议事实上并不是针对染色体变异本身,而是针对染色体核型分析技术的局限性。染色体检查对染色体的分辨率是相当有限的,异染色质和常染色质在染色体上紧紧靠在一起,中间并没有一道厚重的壁垒加以阻隔。在偶然的情况下,染色体结构的变化并不局限在异染色质上,而进一步涉及到了常染色质的部分。而这些细微的差别在染色体核型分析中无法加以区别,使得在这些情况下“染色体变异”的结论实际上是错误的。

需要注意的是,上述情况的发生是非常罕见的。在产前诊断中,为了尽可能保证对于染色体变异判断的准确性,通常都会在常规的G显带以外加做针对变异区段的C显带和N显带,大大提高了结果的可靠性。同时,对于不放心的夫妇,可以进一步对双方的外周血进行染色体检查,看一看胎儿的变异染色体是否来自于父母。当然,有人还是会害怕,万一发生上边所描述的“罕见”情况怎么办?能不能百分之一百避免这种可能?

基因芯片能够检测出几乎所有染色体微缺失和微重复,因此是一个可以选择的方案。然而,在大多数情况下,基因芯片需要再做一次羊水或者脐带血穿刺,耗时费钱,不是一个可以常规选择的检测。所以,关于胎儿染色体变异的问题还是不要过度纠结为好。也许存在那么0.0……01%的异常可能,然而毕竟是极小概率的事情,还是希望大家能够出这0.00……01%的烦恼。

简单的提示:羊水检测发现胎儿存在染色体变异怎么办?如果你心态不错,那就完全不用在意,因为染色体变异是一种正常的现象;如果你日夜担心,那请你和你的先生一起做一次染色体检查,当你知道原来胎儿的染色体变异遗传自你们,你就不必再有任何担心;如果,如果,如果……胎儿的染色体变异和你们没有关系怎么办?等你碰到这样的事情以后再说吧!