携带15号染色体来源小标记染色体胎儿3例遗传学分析中华医学会围产医学分会

本文引用格式：孙晓仙, 赵晓晗, 陶靖, 等. 携带15号染色体来源小标记染色体胎儿3例遗传学分析[J]. 中华围产医学杂志, 2025, 28(5): 408-413. DOI: 10.3760/cma.j.cn113903-20240328-00225.

摘要

目的探讨携带15号染色体来源小标记染色体（small supernumerary marker chromosome， sSMC）胎儿的遗传学特征。

方法本研究为回顾性研究，研究对象为2023年6月至10月在山东第一医科大学附属济南妇幼保健院产前诊断中心无创产前检测（non-invasive prenatal testing， NIPT）结果为微缺失或微重复，并且通过产前诊断［染色体核型分析，荧光原位杂交（fluorescence in situ hybridization， FISH），以及单核苷酸多态性微阵列分析（single nucleotide polymorphisms array， SNP-array）］确诊为携带15号染色体来源sSMC的3例胎儿。收集3例胎儿的NIPT结果等临床资料。对数据采用描述性统计分析。

结果（1）3例胎儿母亲分别为36、37和41岁，均为经产妇，均否认遗传病家族史。3例胎儿NIPT检出15q11.2q13.3发生了8.80、8.17和8.80 Mb重复。3例胎儿羊水染色体核型结果均为47，XN，+mar，异常sSMC含有2个着丝粒，其中1个固缩深染保持活性，另1个膨大形成1条条带，失去活性，均为假双着丝粒结构。（2）胎儿1未行FISH检测，胎儿2 的FISH结果为ish idic（15）（D15Z1++，SNRPN++，PML-），胎儿3的FISH结果为ish idic（15）（D15Z1++，SNRPN++，PML-）。FISH结果显示2例胎儿的sSMC上均包含2个拷贝的D15Z1探针和SNRPN探针位点，没有PML探针位点。D15Z1探针位点在sSMC的两端，SNRPN探针位点靠近sSMC的中心位置。（3）胎儿1的SNP-array结果为arr［GRCh37］ 15q11.2q13.2（22 770 422-31 098 691）×4，覆盖UBE3A等29个在线人类孟德尔遗传数据库（Online Mendelian Inheritance in Man， OMIM）基因，编码蛋白基因38个；胎儿2的SNP-array结果为arr［GRCh37］ 15q11.2q13.3（22 770 422-32 915 723）×4，覆盖UBE3A等36个OMIM基因，编码蛋白基因50个；胎儿3的SNP-array结果为arr［GRCh37］ 15q11.2q13.1（22 770 422-28 560 664）×4，arr［GRCh37］ 15q13.1q13.3（29 009 041-32 444 043）×3，覆盖UBE3A等24个OMIM基因，编码蛋白基因20个。例3同时在15q13.1q13.3发生3.435 Mb的重复，覆盖CHRNA7等11个OMIM基因，编码蛋白基因20个。（4）对例1胎儿父母进行了外周血染色体核型分析，对例3胎儿父母进行了外周血SNP-array检测，结果均未见明显异常。（5）3例胎儿家属均选择终止妊娠，其中例1和例3引产胎儿外观并无明显异常；例2引产终止妊娠，胎儿具体情况不详。

结论3例胎儿均携带了15号染色体q13来源的sSMC，使其15q11q13区域拷贝数增多。

关键词 标记染色体；假双着丝粒染色体；染色体重复；遗传学；产前诊断

小标记染色体（small supernumerary marker chromosome， sSMC）是一组结构异常的染色体，不能通过传统的显带细胞遗传学研究其特征，需要分子遗传学技术进行分析^［1］。大多数sSMC来自端着丝粒染色体^［2］，长度一般小于或等于20号染色体^［3］。一般根据形态将sSMC分为3种，即衍生于染色体的倒位复制、环状sSMC和带着丝粒的小片段^［4］。一般人群中sSMC的发生率为0.044%，而未经选择的产前诊断病例中发生率为0.075%；根据基因含量，30%的sSMC携带者可能出现异常表型^［1，3］。本研究对本单位产前诊断的3例携带15号染色体来源sSMC的胎儿进行了遗传学分析，为产前诊断及遗传咨询提供参考。

一资料与方法

（一）研究对象

本研究为回顾性研究。研究对象为2023年6月至10月在山东第一医科大学附属济南妇幼保健院产前诊断中心接受羊水细胞产前诊断的593例胎儿中，无创产前检测（non-invasive prenatal testing， NIPT）结果为微缺失或微重复，并且通过产前诊断确诊为携带15号染色体来源sSMC的3例胎儿。本研究通过本院医学伦理委员会审查（2024-1-007），豁免知情同意。

（二）研究方法

1.G显带染色体核型分析：抽取羊水20 ml，以及胎儿1 父母外周血3 ml，按常规操作处理，使用Leica GSL-120（美国）全自动扫描系统扫描、拍摄中期分裂象，使用Cyto Vision分析软件（7.4版本）进行核型分析。根据人类细胞遗传学国际命名体制（International System for Human Cytogenetic Nomenclature， ISCN）（2016）报告核型结果。

2.NIPT：在本单位进行。按照染色体非整倍体检测试剂盒［联合探针聚合锚定测序法，华大生物科技（武汉）有限公司生产］说明书提取胎儿游离DNA，建立文库，使用BGISEQ-500基因测序仪测序，并分析结果。

3.荧光原位杂交（fluorescence in situ hybridization， FISH）：委托北京贝康医学检验所有限公司进行。使用Vysis Prader-Willi/Angelman Region SNRPN/CEP 15/PML FISH Probe Kit试剂盒（美国雅培公司），其中Vysis LSI SNRPN Spectrum Orange探针标记位点为15q11.2、Vysis CEP 15（D15Z1） Spectrum Aqua探针标记位点为15p11.2，Vysis LSI PML Spectrum Green探针标记位点为15q24。将培养后的羊水细胞悬液滴片，经过变性、杂交、洗涤和复染等处理后，置于荧光显微镜下观察。每个标本计数20个中期细胞。根据ISCN（2020）报告结果。

4.单核苷酸多态性微阵列分析（single nucleotide polymorphisms array， SNP-array）：采用Affymetrix 750K芯片（美国Affymetrix公司），按说明书处理胎儿羊水及胎儿3父母外周血。使用ChAS软件（4.4.0.63版本）分析实验数据。通过检索细胞基因组阵列国际标准（International Standards for Cytogenomic Arrays， ISCA）、人类染色体不平衡和表型数据库（Database of Chromosomal Imbalance and Phenotype in Humans Using Ensemble Resources， DECIPHER）、基因组变异数据库（Database of Genomic Variant， DGV）数据库、在线人类孟德尔遗传数据库（Online Mendelian Inheritance in Man， OMIM），以及ClinGen和Unique等数据库，根据美国医学遗传学与基因组学学会（American College of Medical Genetics and Genomics， ACMG）指南进行拷贝数变异（copy number variation， CNV）的致病性分析。

5.收集孕妇及胎儿的临床资料：包括孕妇的表型、婚育史、遗传病家族史，胎儿胎龄、超声和NIPT结果，以及妊娠结局。分析胎儿羊水细胞染色体核型分析、FISH及SNP-array等结果。

（三）统计学分析

对数据进行描述性统计分析。

二结果

1.胎儿1：其母亲36岁，孕2产1，本次孕16周⁺³NIPT提示15号染色体长臂微重复。胎儿母亲2018年足月经阴道分娩1健康女婴。夫妇否认遗传病家族史。胎儿羊水染色体核型结果为47,XN,+mar（图1A），NIPT结果显示15q11.2q13.3存在8.80 Mb重复（图1B）。该胎儿未行FISH。SNP-array分析显示arr［GRCh37］15q11.2q13.2（22 770 422- 31 098 691）×4，即在15q11.2q13.2处发生长度8.328 Mb的重复（图2A）。该片段覆盖UBE3A（OMIM：*601623）等29个OMIM基因，编码蛋白基因38个。确定胎儿1的核型为47,XN,+psu idic(15)(q13.2).arr[GRCh3-7]15q11.2q13.2 (22 770 422-31 098 691)×4。

图1 3例胎儿羊水细胞染色体核型分析结果和3例胎儿的NIPT结果　1A、1C、1E：染色体核型分析显示例1～例3胎儿sSMC均为假双着丝粒结构，可见异常sSMC（箭头）；1B：胎儿1在15q11.2q13.3发生8.80 Mb重复（箭头）；1D：胎儿2在15q11.2q13.3发生8.17 Mb重复（箭头）；1F：胎儿3在15q11.2q13.3发生8.80 Mb重复（箭头）

注：NIPT：无创产前检测（non-invasive prenatal test）；sSMC：小标记染色体（small supernumerary marker chromosome）

图2 3例胎儿的SNP-array结果　蓝色三角形对应胎儿染色体重复区域　2A：胎儿1，结果为arr[GRCh37] 15q11.2q13.2(22 770 422-31 098 691)×4；2B：胎儿2，结果为arr[GRCh37] 15q11.2q13.3(22 770 422-32 915 723)×4； 2C：胎儿3，结果为arr[GRCh37] 15q11.2q13.1(22 770 422-28 560 664)×4，arr[GRCh37] 15q13.1q13.3(29 009 041-32 444 043)×3

注：SNP-array：单核苷酸多态性微阵列（single nucleotide polymorphism array）

2.胎儿2：其母亲37岁，孕1产1，本次孕16周NIPT提示15号染色体长臂微重复。胎儿母亲2011年足月经阴道分娩1健康男婴。夫妇否认遗传病家族史。胎儿羊水染色体核型结果为47，XN，+mar（图1C），NIPT显示15q11.2q13.3存在8.17 Mb重复（图1D）。FISH结果为ish idic（15）（D15Z1++，SNRPN++，PML-），SNP-array分析显示arr［GRCh37］ 15q11.2q13.3（22 770 422-32 915 723）×4，该样本在15q11.2q13.3处发生长度10.145 Mb的重复（图2B），该片段覆盖UBE3A等36个OMIM基因，编码蛋白基因50个。确定核型为47，XN，+psu idic（15）（q13.3）.ish idic（15）（D15Z1++，SNRPN++，PML-）.arr［GRCh37］15q11.2q13.3（22 770 422-32 915 723）×4。

3.胎儿3：其母亲41岁，孕1产1，本次妊娠孕16周NIPT提示15号染色体长臂微重复，孕22周⁺¹彩色多普勒超声未见明显异常。胎儿母亲2010年足月剖宫产分娩1健康男婴；2011年患“高血压”，经治疗血压控制在正常水平，本次妊娠孕期监测血压未见异常。夫妇否认遗传病家族史。胎儿羊水染色体核型结果为47，XN，+mar（图1E），NIPT显示15q11.2q13.3存在8.80 Mb重复（图1F）。FISH结果为ish idic（15）（D15Z1++，SNRPN++，PML-）。SNP-array分析显示arr［GRCh37］ 15q11.2q13.1（22 770 422-28 560 664）×4，arr［GRCh37］ 15q13.1q13.3（29 009 041-32 444 043）×3，该样本在15q11.2q13.1处发生长度5.79 Mb的重复（图2C）。该片段覆盖UBE3A等24个OMIM基因，编码蛋白基因20个。另外，该样本在15q13.1q13.3处发生长度3.435 Mb的重复（图2C）。该片段覆盖CHRNA7（OMIM：*118511）等11个OMIM基因，编码蛋白基因20个。胎儿3的父母外周血SNP-array检测见明显异常。确定为47，XN，+psu idic（15）（q13.3）.ish idic（15）（D15Z1++，SNRPN++，PML-）.arr［GRCh37］ 15q11.2q13.1（22 770 422-28 560 664）×4，arr［GRCh37］ 15q13.1q13.3（29 009 041-32 444 043）×3。

4.遗传咨询及妊娠结局：3例胎儿羊水染色体核型结果均为47，XN，+mar，异常sSMC含有2个着丝粒，其中1个固缩深染保持活性，另1个膨大形成1条条带，失去活性，均为假双着丝粒结构（图3）。D15Z1探针位点在sSMC的两端，SNRPN探针位点靠近sSMC的中心位置，表明sSMC为15号染色体长臂部分反向重复的等臂双着丝粒染色体。鉴于sSMC包含15q11q13微重复综合征区域，咨询中告知胎儿家属，胎儿生后存在肌张力减退、共济失调、发育迟缓、智力残疾、语言障碍、孤独症谱系障碍和癫痫等风险。经咨询，3例胎儿家属均选择终止妊娠，其中例1和3在本院引产，引产胎儿外观未见明显异常；孕妇2在外院引产，胎儿具体情况不详。

图3 胎儿2和3的FISH结果　3A：胎儿2为ish idic（15）（D15Z1++，SNRPN++，PML-），核型中存在1条等臂双着丝粒15号染色体（箭头）；3B：胎儿3为ish idic（15）（D15Z1++，SNRPN++，PML-），核型中存在1条等臂双着丝粒15号染色体（箭头）

注：FISH：荧光原位杂交（fluorescence in situ hybridization）

三讨论

本研究对3例NIPT提示存在15号染色体长臂微重复的胎儿的羊水细胞进行了染色体核型分析、FISH及SNP-array分析，发现3例胎儿均携带15号染色体来源的sSMC，具有致病性。

1.产前诊断结果：3例胎儿的母亲均因孕期NIPT检测提示15号染色体长臂微重复而选择产前诊断。羊水细胞G显带核型分析发现3例胎儿均携带1个sSMC。该sSMC为假双着丝粒结构，FISH检测发现其中2个胎儿的sSMC为15号染色体长臂部分反向重复的等臂双着丝粒染色体。SNP-array发现3例胎儿的15q11.2-q13区域均发生了不同大小的致病性重复，拷贝数为4，除来源于正常的2条15号染色体外，另外2个拷贝来源于sSMC。结合FISH检测及SNP-array提供的断裂位点，发现其中2例胎儿的sSMC为15q11.2-q13发生重复并反向连接形成假双着丝粒结构psu idic（15）（q13），这种结构能够稳定地随细胞传代而传递^［5］。DECIPHER数据库中，与胎儿1、2的重复片段和胎儿3第1个重复片段大小位置相近的片段重复有致病性报道。根据ClinGen数据库，该片段重复覆盖15q11.2q13 recurrent （PWS/AS） region （Class 1，BP1-BP3）（ISCA-37404）与15q11.2q13 recurrent （PWS/AS） region （Class 2，BP2-BP3）（ISCA-37478）的全部区域，该2区域重复均与15q11q13微重复综合征相关。该综合征主要表现为孤独症谱系障碍、智力残疾和精神分裂症等^［6］。根据DECIPHER数据库，与胎儿3第2个重复片段大小位置相近的片段重复有可能致病和致病性尚不明确的报道。

2.胎儿sSMC的亲代验证：为了探究sSMC的来源，本研究分析了胎儿1父母外周血染色体核型分析，以及胎儿3父母的外周血SNP-array检测结果，发现2例胎儿的父母均未携带sSMC，表明胎儿1和3为新发病例。胎儿2父母拒绝验证，故不能明确其sSMC来源。

3.idic（15）的发病率、发病机制及临床表现：有研究表明inv-dup（15）或idic（15）的发生率为1/30 000，性别比为1∶1^{［3，5，7］}，由此引起的15q11q13微重复综合征（OMIM： #608636），主要表现为肌张力减退、共济失调步态、发育迟缓、智力障碍、语言障碍、孤独症谱系障碍和癫痫等^［5，8］。绝大多数15号染色体来源q12或q13来源于减数分裂时的2条同源母体染色体，通常与受孕时母体平均年龄的增加有关，与其他非整倍体的发生过程类似^［9-10^］，这可能是胎儿1 和胎儿3产生sSMC的原因。Urraca等^［11］研究表明，15q11q13区域重复引起的异常表型与不同亲本来源相关，母源重复较父源更有可能引起异常临床表现，但仍有父源重复与孤独症和癫痫相关的报道^［12］，dup（15）的患者表现出轻至中度的孤独症症状，而由idic（15）产生2个额外拷贝的患者则表现出更严重的症状^［5］。15q11-q13重复引起的癫痫使用苯二氮䓬类药物治疗效果不理想，这可能与γ-氨基丁酸能信号异常相关^［13］。另外有研究表明，15号染色体来源的sSMC在不育男性中的发生率是普通人群的3.75倍，它会引起男性精子数量减少及位置效应，从而影响生育^［4，14］。携带idic（15）的精子与正常卵细胞形成受精卵后会增加染色体的不平衡性，使胚胎流产或形成严重缺陷的胎儿^［2］。

4. idic（15）（q13）的主要致病基因及临床表现：15q11-q13区域存在6个低拷贝重复序列（low copy repeat， LCR）元件，这些元件聚集形成5个断点（breakpoint， BP），分别为BP1～BP5，介导非等位同源重组（non-allelic homologous recombination， NAHR），是容易产生重复和缺失的区域^［7，15-16^］。该区域基因NDN（OMIM：*602117）和SNRPN（OMIM：*182279）是父系等位基因表达的印记基因，NDN和SNRPN的父系拷贝的突变或缺失会导致Prader-Willi综合征（OMIM：#176270），特征为肌张力减退、智力低下、身材矮小、性腺功能减退和手脚小等^{［5，7，17-19}^］。该区域UBE3A基因是母系等位基因表达的印记基因。UBE3A母系拷贝变异或缺失可导致Angelman综合征（OMIM：#105830），特征为智力低下、运动或平衡障碍、共济失调、肌张力减退、癫痫、失语和面部异常等^［4-5^，7］，UBE3A基因的重复与15q重复综合相关，主要表现为智力障碍、孤独症谱系障碍和各种行为缺陷等^［5］。

综上，本研究通过羊水细胞核型分析、FISH及SNP-array技术的联合应用，明确了3例胎儿sSMC在染色体上的来源、结构及致病性，对15号染色体q13来源sSMC的产前诊断、遗传咨询和指导孕妇再生育提供了依据。

利益冲突声明所有作者声明不存在利益冲突

参考文献：略