1号染色体平衡易位及其断裂点位置与人精液质量的相关性分析

刘 敬，韩婷婷，孟祥黔，黄婷婷，温子娜，周凌易，廖 雪，李凌霄，张心悦，钟 影，黄继华，

(1．成都市锦江区妇幼保健院生殖医学中心，四川 成都 610061；2．成都锦欣生殖医学与遗传学研究所，四川 成都 610061)

不孕不育是当今社会育龄夫妇的常见疾病，发生率达10%～12%，其中男性因素不育约占50%[1]。非梗阻性无精、弱精及精子畸形是造成男性不育的重要原因。染色体核型异常、Y 染色体缺失、囊性纤维化跨膜转导调节因子(cystic fibrosis transmembrane conductance regulator，CFTR)基因的变异是已知的可以导致无精或严重寡精的遗传因素[2]。由染色体异常引起的男性不育患者在人群中比例高达5.1%，其中涉及性染色体异常约为3.8%，涉及常染色体异常占1.3%[3]。有文献报道，染色体相互易位可以导致精子生成障碍且1 号染色体断裂位点的数目高于其他染色体[4]。本文对涉及1 号染色体相互易位的29 例男性患者，分析了他们的精液质量与染色体平衡易位之间的关系，并对如何降低易位给生殖健康带来的负面影响提出了合理建议。

1 材料与方法

1.1 研究对象

在2017年1月—2019年12月于成都市锦江区妇幼保健院生殖医学中心就诊的患者中，选取年龄25～46岁、经临床确诊涉及1号染色体相互易位的29例男性患者作为研究对象。所有研究对象的生殖激素水平正常，排除人类免疫缺陷病毒、丙肝病毒、苍白(梅毒)螺旋体、衣原体、支原体等感染以及精索静脉曲张和其他解剖结构异常等能影响男性精液质量的因素。

1.2 方法

1.2.1 G显带核型分析在无菌条件下每位患者采集2 mL 外周血，常规进行淋巴细胞培养(37 ℃，72 h)，收获细胞前3 h加入50 μg/mL秋水仙碱。收获的细胞经离心去上清，固定、滴片、消化、Giemsa染色等步骤，制备染色体标本，显微镜下用蔡司染色体核型分析系统进行核型分析，每例样本计数20个分裂相完整的核型，分析8个分散好、中等长度的中期分裂相。

1.2.2 精液收集禁欲3～7 d，手淫法采集精液标本于一次性广口无菌杯内，置于37 ℃孵箱液化。

1.2.3 精液常规分析应用西班牙精子分析系统(Sperm Class Analyzer，SCA)，按照世界卫生组织(World Health Organization，WHO)《人类精液检查与处理实验室手册》(第五版)[5]进行精液常规分析，包括精液体积、精子浓度、存活率、前向运动精子百分率等指标。

1.3 统计学分析

染色体断裂位置与精子密度、精子活力的相关性采用列联系数(coefficient of contingency)分析。

2 结 果

染色体分析结果见表1，本研究统计分析了来院就诊的29例1号染色体易位携带者。染色体易位涉及1 号染色体1p34-1q44，其中长臂16 例，短臂13 例；临床表现主要为原发性不育患者15例，继发性不育患者5例，无精症4例，少弱精患者4例，隐匿性精子症1例。

精液分析结果表2，显示1号染色体易位区域共涉及14 个断裂点；其中在长臂的有16 例，精子的密度和活力均正常2 例，密度和活力均异常1 例，密度或活力异常共计13 例；在短臂的有13 例，精子的密度和活力均正常2 例，密度和活力均异常3 例，密度或活力异常共计8例；1p22、p13、p12、q12、q21、q22区域发生断裂的精液样本精子的密度与活力均明显下降，尤其是p13-q25 区域断裂的染色体易位患者不仅少精而且严重弱精。统计学分析显示断裂位置与精子密度、精子活力的列联系数分别为0.821、0.803，提示断裂位置与精子密度与活力均有较高的相关度，但因样本量较少，尚无统计学意义，提示我们后续需增加样本量以进一步确认此相关关系。

表1 1号染色体相互易位患者的核型分析及临床诊断

3 讨 论

平衡易位是常见的染色体结构异常。它通常与胚胎反复停育、胚胎种植失败和流产密切相关[6]。本研究应用WHO颁布的标准，对涉及1号染色体平衡易位患者的精液质量进行了分析，结果总结如下：①29例患者的1 号染色体上共有14 个断裂点，分布在1p34-1q44，短臂上16 个，长臂上13 个。②易位断裂点在染色体上位置不同，患者精液质量异常的程度不同。同一断裂点(1p34、1q21)的所有患者精子密度和活力均异常者4 例；同一断裂点(1p31、1q22 和1q44)的所有患者精子密度和活力均正常者4 例，其他断裂点的患者精子密度或精子活力异常，共21例。精子密度与活力异常的程度从轻度、中度、严重到极度均有发生，断裂点发生在1p22、1p13、1q12、1q21 和1q25的患者中出现极度少精子症和极度弱精子症。③精子密度和精子活力异常的患者比例高。除4 例患者精子密度与活力均正常外，其余25例患者的精液质量均出现不同程度的异常，占所分析病例的86%(25/29)，表明精液质量与发生在1号染色体上的易位密切相关。

表2 患者1号染色体断裂位置与精子密度、活力的关系

人类配子的形成需通过减数分裂来完成。从第一次减数分裂偶线期开始，同源染色体中的父源与母源染色体发生配对、联会、分离和重组，其中任一环节发生错误将使减数分裂阻断，导致配子形成障碍，最终引起生育能力下降甚至不育。相互易位携带者在其配子发生过程中的减数分裂后期，染色体走向两极时呈现2∶2、3∶1、4∶0三种分离方式，其中2∶2分离又包括交互分离、邻近I分离和邻近Ⅱ分离。除了交互分离外，其他各型分离方式的结果是产生染色体不平衡配子，其染色体构成具有不同程度的缺失和重复，因而造成相应片段上的基因缺失和重复。本研究中患者为男性相互易位携带者，其不平衡配子由于基因缺失和重复不能形成正常精子，或凋亡导致精子密度减少，或发育异常导致精子活力降低[7-8]。随着易位类型、断裂点位置不同[9-11]，染色体不平衡配子发生率在19%～91%间变异[9，12-14]，其染色体缺失和重复的程度不相同，位于相应片段基因的缺失和重复也不相同。这就解释了为什么本研究中，易位断裂点位置不同，患者精液质量异常的程度不同。交互分离指来自两个同源对中的两条正常染色体与两条易位染色体分别进入两个子细胞。由此形成两种配子，前者为正常配子，后者为平衡配子。在上述的分离方式中，随着重组的发生，可以产生32 种配子[15]；其中仅有交互分离能产生染色体正常和染色体平衡两种配子，这可能是本研究中，少数患者精子密度和活力均正常的原因。

然而，染色体易位导致精子质量下降的原因比较复杂，不仅与减数分裂过程中由于同源染色体配对、分离和重组异常造成配子染色体缺失和重复(相应片段上的基因也缺失和重复)密切相关，也可能由于断裂位置处调控精子细胞生成的基因结构被破坏或者基因表达降低而致精子生成受阻[1，16]。1号染色体可能含有对男性生育力必不可少的关键结构域[17-18]，在男性不育患者中，位于1q21的断点报道甚多[17，19-20]。本研究29例患者中，断裂点位于1q21的3例，他们的精子密度和精子活力均异常，而且异常程度均在中度以上。据报道，1q21 处有17 个在睾丸表达的基因[19]，在1 号染色体其他断裂位置还有哪些基因与人类生育力相关？这些基因的缺失和重复、结构被破坏或表达异常是如何影响人类生育力的？这些问题的阐明将进一步揭开人类不育不孕的内在机制。

目前染色体易位患者可以通过选择胚胎植入前遗传学诊断技术，利用高通量测序等方法选择核型正常或染色体平衡易位的胚胎植入以获得健康或表型正常的胎儿，还可以通过断点及其连锁SNP位点分析区分完全正常胚胎和携带者胚胎，彻底阻断平衡易位染色体向下一代传递。因此对患者进行有效的遗传咨询，能够降低不孕不育和出生有缺陷、智力障碍等染色体异常患儿的风险，达到优生优育的目的。