染色体与生育有哪些关系

  说起染色体,想必大家并不陌生,染色体即是细胞内具有遗传性质的遗传物质,是基因的主要载体,易被碱性染料染成深色,所以叫染色体。正常人类女性的染色体核型为46,XX,男性为46,XY。

  在大部分哺乳动物中,雌性有两条X染色体,雄性有一条X染色体和一条Y染色体,无论雄性还是雌性,体细胞中只有一条有活性的X染色体。在正常的雌性体细胞内,虽然有两条X性染色体,但是为了让活性X染色体的个数不能太多,在胚胎发育到一定阶段的时候[1],细胞中两条X染色体中的随机一条失活,成为沉默的巴氏小体,这就是X染色体失活[2]。而且,一旦这个细胞启动了对某一条X染色体的失活,那么这个细胞的下一代都会保持对同一条X染色体的失活,所以实际上,所有的雌性个体均是一个嵌合体[3]。对于人类来说,由于这种X染色体在胚胎发育过程中的随机失活,所有女性都是嵌合体!

  为了让大家更好的理解嵌合体是什么,我们来举一个简单的例子,养宠物的朋友有时会发现,自己养的小兔子、小仓鼠或者是小花猫,常常有好几种毛色,各种毛色的随机夹杂成形形色色的花斑。

猫猫

  (图片来源:pinterest.com猫界“滞销王”左:三花猫calio cat,右:玳瑁猫tortoiseshell cat)

  也正是由于X染色体的随机失活现象,使得三花猫与玳瑁猫身上混杂的颜色是成为其自身的特点。由上图可见,在猫的这一块组织细胞里,保留黄色毛基因所在的X染色体的活性而让这一块毛色为黄色,在另一块组织细胞里,保留黑色毛基因所在的X染色体的活性而让这一块毛色为黑色,白色的毛色为白化基因导致的结果,如白色的老虎一样,使其原本的颜色不能显示出来而变成白色。同一色的斑块都来自于同一个前体细胞,因此这些细胞再分裂出来的子代细胞均保留相同的X染色体失活的选择。决定毛色的基因只存在X染色体上,一条X染色体只携带一种颜色的信息,绝大多数情况下,出现双或三色的都是母猫,很好的说明了雌性的体细胞X染色体为嵌合体失活状态。

  若将在X染色体上的猫咪的毛色基因换成人类的致病基因又是怎么样一种情况呢?先别着急,让我们来了解一下X染色体。

  首先,X染色体上承载着1000种以上的基因,同时与Y染色体决定雌雄性别,也含有丰富的与生殖系统、大脑的发育和功能、行为与认知相关的基因,且大于200种致病基因都在X染色体上,可导致神经发育失常、自闭症以及其他智力残疾。常见的X染色体相关疾病主要分为两类,一是X染色体连锁的遗传疾病,分为显性和隐性遗传病,二是性染色体数目异常。以下我也将从这两方面为大家讲解异常的X染色体在嵌合体失活状态是什么样一种情况:

  一、当X-连锁隐性遗传病遇上女性X染色体嵌合体失活状态

  对于男性个体来说,只含有一条活性的X染色体,如果X染色体上带有隐性致病基因,则此男性个体必将患上该种遗传疾病。

  对于女性个体来说,若女性其中一条有致病基因,另一条可以发挥作用,但可能也会有较轻微的症状出现,因为在每个细胞内失活的X染色体都是随机决定的,若在发挥该基因功能的细胞内,失活的为带正常基因的染色体,就会有轻微的症状出现,例如在红绿色盲中,带有色盲致病基因的女性,若在视网膜组织内有较多的带正常基因的X染色体失活,则该女性的辨色力会比基因型完全正常的女性要差。

  同样的情况在血友病中,由于合成凝血因子的组织是肝脏,若她的一部分肝细胞不能合成凝血因子Ⅷ,其他肝细胞能够合成凝血因子Ⅷ,所以她不会发病。无汗症也是受X染色体基因控制,因此携带此基因的女性会非常明显地表现出部分皮肤无汗,其他皮肤有正常排汗功能的“嵌合”现象。

  二、当X染色体数目异常遇上X染色体失活

  而当X染色体数目异常又是另一种情况了,例如染色体核型为47,XXY的克氏综合征(Klinefelter's syndrome),染色体核型为47,XXX的X三体以及核型为45,X的特纳氏综合征(Turner syndrome)。这几种疾病都是由于X染色体的数目异常而都表现为发育异常的典型例子。对于X染色体数量越多的克氏综合征以及X三体,由于X染色体的失活特性,不论遗传了几个X染色体,都只有一个X染色体保持活性,其余皆失活[4],使生物能正常发挥功能,但由于X染色体失活时,常常会有许多漏网之鱼,让本应失活的基因表达出活性[4],所以,如果X染色体数量越多,则病症越明显、严重程度越高。但也正因为有这个漏洞,才使得正常的同卵双胞胎中,女性双胞胎的相似性就要远远小于男性双胞胎的相似性。

  以上,都是我们遗传咨询师在为患者进行遗传咨询分析时所要考虑的因素,X染色体所携带的基因量很大、也很小,仅仅一条X染色体都可以为我们带来这么大的改变,更何况人类总共的46条染色体呢?虽然我们改变不了染色体如何表达其活性,也控制不了遗传物质的正常与否,60%-70%的早期流产也是由于胎儿的染色体异常而引起的,但随着遗传学和辅助生殖技术的不断发展,在成为父母之前,必要的检查之一就是染色体检查,进行外周血淋巴细胞染色体核型分析,可以查清全部染色体的结构性或数目的异常情况。若染色体异常则需要由专业遗传咨询师预测生育后代可能存在的风险,及早发现影响生育的原因,以采取积极有效的、针对性的干预措施。

  [1] van den Berg, I.M., et al., X Chromosome Inactivation Is Initiated in Human Preimplantation Embryos. The American Journal of Human Genetics, 2009. 84(6): p. 771-779.

  [2] Patel, S., et al., Human Embryonic Stem Cells Do Not Change Their X Inactivation Status during Differentiation. Cell Reports, 2017. 18(1): p. 54-67.

  [3] Migeon, B.R., Females are mosaics : X inactivation and sex differences in disease. 2nd ed. 2014, Oxford: Oxford University Press. xviii, 307 p., 8 p of plates.

  [4] Disteche, C.M. and J.B. Berletch, X-chromosome inactivation and escape. Journal of genetics, 2015. 94(4): p. 591-599.

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