Xp22.33拷贝数变异的产前临床遗传学分析*

李燕青,陈耿波,江矞颖,王俊育,傅婉玉

(福建省泉州市妇幼保健院 儿童医院产前诊断中心,泉州 362000)

染色体Xp22.33和Yp11.32短臂末端的拟常染色体异常是导致身材矮小的最常见原因之一[1]。SHOX基因位于性染色体X和Y染色体短臂的末端(Xp22.33或Ypll.3)拟常染色体区域内,该基因是Rao等[2]于1997年首次克隆并定位的,包含6个外显子,全长35Kb,其中完全编码序列为879bp。SHOX基因在X和Y染色体上均有表达,自人胚胎12周开始,在发育中的肢体生长软骨板处表达,主要在肥大或凋亡的软骨细胞上广泛表达,尤其是尺骨、桡骨、腕骨、胫骨、腓骨远端骨骺[3-4]。本文通过分析8例Xp22.33区段拷贝数异常的胎儿,为临床遗传咨询提供参考。

1 资料与方法

1.1 研究对象 回顾分析2017年1月1日至2021年7月31日于福建省泉州市妇幼保健院产前诊断中心行羊水染色体核型及单核苷酸多态性微阵列(single nucleotide polymorphism array,SNP-array)检查的8例涉及Xp22.33拷贝数异常胎儿。患者均因以下高危因素,包括胎儿超声结构异常、胎儿超声软指标异常、孕妇高龄、唐筛高风险等行产前诊断。孕妇在检测前均充分知情并签署知情同意书。

1.2 细胞培养及染色体核型分析 超声引导下行羊膜腔穿刺术,抽取羊水30mL。20mL羊水用于细胞培养,羊水培养进行细胞收获、染色体制备、染色,行核型分析。羊水细胞共计数可分析核型30个,分析5个核型。染色体的命名依据人类细胞遗传学国际命名体制标准(ISCN 2020)。

1.3 SNP-array检测 10mL羊水及夫妻双方外周血各3mL送至第三方检测公司(北京贝康医学检验所)采用AffymetrixCytoScan 750K芯片进行SNP-array检测。按试剂盒说明书,提取羊水细胞基因组DNA,经稀释消化、扩增、纯化,将芯片上的探针与用生物素进行标记后的相应待测片段进行杂交、洗涤、结合染色后放入Affymetrix公司GeneChip扫描仪扫描,采用Chromosome Analysis Suite(ChAS)v4.0软件对扫描检测荧光信号进行分析。根据ACMG指南,通过查询DGV、OMIM、Pubmed、DECIPHER以及UCSC数据库对拷贝数变异(copy number variants,CNVs)的临床意义进行分析。

1.4 荧光原位杂交技术(fluorescence in situ hybridization,FISH) 将夫妻双方外周血样本送第三方检测公司(北京贝康医学检验所),采用STS/DXZ1和4pter/4qter探针及XYpter/XYqter探针结合DAPI显带分析。将荧光素标记的探针与组织、细胞核或染色体DNA进行杂交,对细胞中待测核酸进行定性、定位及定量后采用相应探针进行定位检测,与患者中期分裂相进行荧光原位杂交(FISH)。

2 染色体检查结果及家系验证情况

2.1 染色体核型结果 例1胎儿46,X,der(X)t(X;4)(p21.3;q28.2),孕妇及其母亲为46,X,der(X)t(X;4)(p21.3;q28.2),见图1A、B;孕妇父亲及丈夫染色体核型为46,XY。例2胎儿46,X,der(X)t(X;Y)(p22.3;q11.2),见图1C,孕妇外院染色体核型46,X,add(X)(p22.3),丈夫染色体核型46,XY,孕妇父亲已去世未验证;孕妇母亲外周血核型:46,XX,21pstk+,姐姐46,XX,弟弟46,XY。例3胎儿46,der(X)ins(X;Y)(p22.3;q11.21)dn,见图1D,孕妇及丈夫染色体核型未见异常。例4～8胎儿染色体核型均未见明显异常。见表1。

图1 染色体核型结果A:例1孕妇;B:例1胎儿;C:例2胎儿;D:例3胎儿。箭头示衍生X染色体

表1 8例Xp22.33拷贝数异常染色体核型及SNP-array情况

2.2 SNP-array结果 (1)例1为女性胎儿,X染色体Xp22.33p21.3区段存在27.0Mb片段的杂合缺失,内含SHOX[312865]、STS[300747]等117个OMIM基因;胎儿4号染色体4q28.2q35.2区段存在61.8Mb片段的重复,内含TLL1[606742]、VEGFC[601528]等139个OMIM基因;孕妇外周血SNP-array结果为X染色体Xp22.33p21.3区段存在27.0Mb片段的缺失并4号染色体4q28.2q35.2区段存在61.8Mb片段的重复。丈夫外周血SNP-array未见异常。见表1。(2)例2胎儿X染色体Xp22.33p22.31区段存在8.3Mb片段的杂合缺失,内含SHOX[312865]、STS[300747]等41个OMIM基因;胎儿存在Y染色体Yq11.221q11.23区段12.7Mb的片段,内含CDY1[400016]、CDY2A[400018]、DAZ1[400003]、DAZ3[400027]、DAZ2[400026]等26个OMIM基因。孕妇外周血SNP-array结果为X染色体Xp22.33p22.31区段存在8.3Mb片段的缺失并存在Y染色体Yq11.221q11.23区段12.7Mb的片段。(3)例3为女性胎儿,X染色体Xp22.33区段存在2.5Mb片段的杂合缺失,内含SHOX[312865]等24个OMIM基因;胎儿存在Y染色体Yq11.21q11.23区段14.2Mb的片段,内含CDY1[400016]、CDY2A[400018]、DAZ1[400003]、DAZ3[400027]、DAZ2[400026]等29个OMIM基因。(4)例4为女性胎儿,X染色体Xp22.33区段存在1.5Mb片段的杂合缺失,内含SHOX[312865]等16个OMIM基因。丈夫外周血SNP-array结果为性染色体拟常染色体区域存在1.5Mb片段缺失,见图2A、B;孕妇外周血SNP-array未见异常。(5)例5胎儿X染色体Xp22.33区段存在693.9kb片段的杂合缺失,内含SHOX[312865]基因。(6)例6胎儿X染色体Xp22.33区段存在941.2kb片段的杂合缺失,内含SHOX[312865]等6个OMIM基因。(7)例7为男性胎儿,性染色体拟常染色体区域(pseudoautosomal region)存在203kb片段重复,内含SHOX/SHOXY[312865,400020]基因。(8)例8为女性胎儿,X染色体Xp22.33区段存在832.7kb片段的重复,内含CSF2RA[306250]等11个OMIM基因;胎儿在16号染色体16p13.11p12.3区段存在3.0Mb片段缺失,内含NDE1[609449]、ABCC6[603234]、MYH11[160745]等8个OMIM基因。胎儿的两条14号染色体均为来自父母一方的UPD。

图2 例4 SNP-array图A:胎儿,红色标识提示Xp22.33区段1.5Mb杂合缺失;B:丈夫,红色标识提示性染色体拟常染色体区域存在1.5Mb缺失

2.3 FISH结果 例1孕妇外周血FISH结果为ish der(X)t(X;4)(DXZ1+,STS-,4q+),即患者携带一条X染色体短臂末端片段与4号染色体长臂末端片段易位而形成的异常衍生X染色体。例4的FISH结果显示,丈夫46,X,der(Y).ish del(Y)(p11.3)(XYp-,XYq+)[20],提示为XYpter探针位点片段缺失的携带者;妻子检测结果未发现异常。见图3。

图3 例4外周血FISH检查A:孕妇,查未见异常;B丈夫,箭头示Y染色体末端缺失

2.4 妊娠结局 例1于2020年12月5日分娩一女,电话随访家属自述胎儿出生后发育与同龄儿相符。例2于2022年11月15日剖宫产一女,出生身长49cm,出生后4个月身长62cm,体重6.5kg。例4于2021年6月28日顺娩一女,出生身长50cm,随访时间23个月,身高83cm;长子于2018年11月出生,目前95cm,体重15kg。例5选择继续妊娠,电话随访家属自述目前女婴8个月龄,发育与同龄儿相符。例6羊水穿刺术后11d因胎膜早破宫内感染引产一女,外观未见明显异常。例3孕26周引产一女,例7孕23+5周引产一男,例8孕23+3周引产一女,外观均未见明显异常。

3 讨 论

本研究中8个病例均涉及SHOX基因的缺失或重复,SHOX基因是位于X染色体短臂(Xp)和Y染色体短臂(Yp)的同源基因,在拟常染色体显性遗传中遵循常染色体显性遗传规律。因此,导致SHOX缺陷的致病性变异可能位于受影响男性的X或Y染色体,或受影响女性的X染色体任一条[5]。例4丈夫经FISH验证确认为del(Y)(p11.3),但其所生育的一儿一女均存在性染色体拟常染色体区域的微缺失,考虑与精母细胞减数分裂时X/Y染色体同源区域发生配对、断裂、交换有关[6-7]。研究表明[8],女性rec(X)表型中,身材矮小通常见于del(Xp),而卵巢功能衰竭常见于del(Xq)。SHOX基因为单倍剂量不足敏感基因,其突变/缺失与拟常染色体显性遗传的Leri-Weill软骨骨生成障碍(Leri-Weilldyschondrosteosis,LWD)疾病相关,临床表型包括不同程度的身材矮小,肢体中部不规则缩短,马德隆畸形等[9-10]。本文中例1孕妇及其母亲、例2孕妇、例4丈夫均表现为矮小身材,这可能与SHOX基因单倍剂量不足有关。研究报道,SHOX单倍剂量不足胎儿的产前表型并不表现出严重的短肢畸形,患儿平均出生身长与正常儿童仅略有减少,婴儿期及青春期的生长障碍导致身材矮小[5]。SHOX缺失/突变在不明原因矮小儿童的检出率为6%～22%,引起矮小症状即使在同一个家族中,表型也是高度可变的[11]。本研究中例4婴儿目前身高约第15百分位、长子身高小于第3百分位,但例1、2、5胎儿出生及婴儿期身高均在正常范围,这也验证了患者矮小症状的高度可变。文献报道[12-13],SHOX缺陷的外显率很高,但其临床表现差异很大,随着年龄增长更加明显,LWD通常发生于儿童中晚期。因此,建议对例1、2、5患儿生长发育定期随访观察。对于SHOX缺陷性矮小的青春期前儿童,应提供重组人生长激素(rhGH疗法),治疗效果可使最终身高增加7～10cm[5],因此建议密切监测SHOX缺陷患儿的生长发育。

本文中例2、3胎儿均存在Xp及Yq染色体的相互易位。具有X:Y易位的女性通常身材矮小,智力和生殖功能正常,但有些可能表现出轻度智力障碍,具有相同核型的男性有多种先天性异常,包括身材矮小,斜视和扁平鼻梁、鱼鳞病、轻度智力低下、软骨发育不良、癫痫和隐睾[14-15]。例2、3在Y染色体Yq11.221q11.23区段存在重复,已有小于和相似片段的重复与发育迟缓(nsv533829,Pathogenic),轻度智力障碍(nsv533955,Uncertainsignificance),癫痫发作(nsv491926,Uncertainsignificance)等临床表型相关的病例报道。但蔡婵慧等[16]认为,衍生的Yq主要为没有编码基因的异染色质区,其长度变化与表型无关,Xp;Yq易位患者表型主要来自Xp缺失的影响。女性患者比男性患者症状轻,可能是由于重复的Yq染色体区域基因补偿了缺失的同源的Xp区域的基因,也可能与X染色体的失活机制有关,在少数X与Y易位的女性患者中,存在衍生的X染色体优先失活偏倚的X失活机制[16-17]。经遗传咨询,例2孕妇及家属选择继续妊娠,再次妊娠可建议行PGT助孕。例3胎儿的衍生X染色体为新发突变,孕妇及家属选择终止妊娠。

Xp21.3p22.3也包含STS基因,与X连锁鱼鳞病有关[18]。研究表明,女性携带者很少表现出皮肤表型,而受影响的男性通常在出生时或出生后不久出现全身脱皮或过度的新生儿脱屑[19]。本文中例1孕妇及其母亲、例2孕妇均为STS基因缺失携带者,但未出现皮肤异常,与研究相符。4q部分三体可能导致严重的临床表型:生长迟缓、精神发育迟缓、肾脏畸形、小头畸形、尿道下裂、面部不对称、拇指异常、听力障碍、癫痫和先天性心脏缺陷等[20-21]。4q35区域可能涉及小头畸形的发展以及严重的智力障碍和发育迟缓[22-23]。本文中例1孕妇及其母亲同时在4q28.2q35.2区段存在大片段重复,但除身材矮小外,均未出现严重的临床表型,推测可能与衍生染色体上的4q部分三体同时失活有关。

有研究报道,在马蹄内翻足、发育迟缓等临床表型的患者中检测到累及SHOX基因的拷贝数重复片段[24],但也有Xp22.33片段重复而无临床表型的病例报道[25]。经遗传咨询后,例7孕妇及家属选择终止妊娠并拒绝验证;例8因同时存在14号染色体UPD及16号染色体微缺失选择终止妊娠。母源的14号染色体UPD可导致Temple综合征(Temple syndrome),临床表型包括不同程度的身材矮小、胎儿宫内发育迟缓、面容异常、低出生体重等[26];父源的14号染色体UPD可导致Kagami-Ogata综合征(Kagami-Ogata syndrome),临床表型包括骨骼发育异常、关节挛缩、面容异常、发育迟缓、智力障碍等[27]。16p13.11区段的缺失与不同程度的智力障碍、小头畸形、癫痫等临床表型相关[28]。但Cai等[29]认为,该片段缺失胎儿生后健康状况良好,建议结合超声表型、家系分析等各方面综合判段。

综上所述,X染色体短臂Xp22.33区段的缺失胎儿产前缺乏明显表型特征,出生后主要表型为身材矮小,而且临床表现差异很大,与生长曲线相关,在生长速度越快的年龄,身高落后更明显,这给产前遗传咨询带来了很大的挑战。SNP-array检测可明确染色体拷贝数异常的断裂点及微缺失/微重复片段的大小,从基因水平指导生育,为产前遗传咨询提供依据,并为出生后患儿身高管理提供治疗依据。