染色体嵌合体(CM)和单亲二体(UPD)均与胚胎发育过程中的细胞分裂错误有关。目前多数研究认为，CM与胚胎细胞有丝分裂错误有关。利用辅助生殖技术结合单细胞高通量测序技术(NGST)进行研究发现，胚胎发育早期处于细胞分裂错误和自我纠正的动态变化中，其变化结果决定胚胎染色体的构成。染色体异常细胞可能以不同比例存在于不同组织和器官中，从而导致CM患者临床症状和染色体异常表型差异很大。UPD来源于发育过程中，胚胎对于细胞减数分裂错误或有丝分裂错误的"自救"，其致病性与印迹基因有关，除明确的UPD相关疾病外，未含有印迹基因的UPD致病性尚有待进一步研究。在产前诊断中，对CM与UPD这2种染色体异常的检出率，随着NGST的发展而不断提高，但是有关其致病性判断及胎儿风险评估，则由于缺乏足够研究证据支持，而成为临床遗传咨询难点。笔者拟就上述2种染色体异常的发生机制、致病性及其产前诊断与遗传咨询的最新研究现状等进行阐述，旨在为临床对这2种染色体异常的研究提供参考。
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在受精卵发育成胎儿过程中，由于不同时期细胞分裂发生错误，可能导致机体同时存在2种以上细胞系，此染色体异常被称为染色体嵌合体(chromosomal mosaicism，CM)[1]。常见CM通常为染色体数目异常嵌合，常染色体嵌合体(autosomal chromosome mosaicism，ACM)表现形式多为某一染色体三体和正常二倍体嵌合(47，XN+？/46，XN)；性染色体嵌合体(sex chromosome mosaicism，SCM)表现形式较多，细胞系中可包括45，X，46，XN，47，XNN等[1]。在胚胎发育过程中，CM可能以不同比例及类型出现在胎盘和胎儿不同组织与细胞系中，从而对胎儿产生不同程度影响[2,3]。单亲二体(uniparental disomy，UPD)是指某一同源染色体均遗传自双亲之一[4]。若遗传自同一亲本的同源染色体为杂合型，即2条染色体碱基序列不同，则为杂合型单亲二体(uniparental heterodisomy，UPhD)；若同源染色体为纯合型，则为纯合型单亲二体(uniparental isodisomy，UPiD)[4]。与UPD相关的疾病在儿童中十分常见[5]，但是由于其致病性尚未被完全阐明，因此目前并未将其作为产前诊断的常规筛查项目[5]。目前，对CM与UPD这2种染色体异常发生机制的研究认为，二者均与胚胎细胞分裂错误有关[6]。利用单细胞高通量测序技术(next-generation sequencing technology, NGST)，从受精卵起始发育阶段，对CM发生机制进行研究发现，CM与胚胎细胞有丝分裂错误密切相关[7]。UPD的发生，则与胚胎细胞减数分裂或有丝分裂错误后的"自救"有关[3,4,6]，但是有关UPD的研究多在基因组水平进行，与其发生机制有关的分子生物学研究则甚少[8,9]。既往简单的染色体核型分析技术，不足以发现这2种染色体异常，但是随着NGST的发展，这2种染色体异常的检出率不断增高，其致病性也开始被关注[10,11]；针对这2种染色体异常的检测方法和诊断策略，也得到不断调整与更新[12,13]。但是，由于迄今对这2种染色体异常的致病机制研究尚不深入，加之缺乏相关临床病例资料积累，有关CM及UPD的发生机制、致病性等，迄今仍然是产前诊断与遗传咨询的难点。笔者拟就CM及UPD的发生机制、致病性及其产前诊断与遗传咨询的最新研究现状进行阐述，旨在为这2种染色体异常的研究提供参考。
一般认为，如下原因可导致CM发生：受精卵发育成胎儿过程中，胚胎细胞有丝分裂后期迟滞，染色体不分离或染色体内复制等，均可能导致CM[14]。过去对于有关染色体嵌合体的形成机制，只能根据胚胎组织中的嵌合现象进行推断，而对其具体机制并不十分清楚。随着辅助生殖技术的发展及NGST的出现，可在受精卵发育的起始阶段，对CM发生机制进行研究[15,16]。Starostik等[17]研究发现，在胚胎发育早期，即卵裂期和囊胚期，由于细胞分裂速率较快，分裂周期中G1期时间很短，胚胎细胞容易发生有丝分裂后期迟滞[18]，出现非整倍体细胞并不罕见，此时胚胎的染色体常以CM形式存在。为维持正常胚胎发育，胚胎以不断清除非整倍体细胞的形式进行"自救"，多表现为诱导染色体异常细胞凋亡[19,20]。这些非整倍体细胞可能是被基因p53介导的凋亡机制所清除[21]，但是对此凋亡机制的作用迄今尚无定论，仍有待进一步研究、证实。因此，在胚胎发育早期，其染色体组成并非一成不变，而是通过细胞凋亡和存活途径不断纠正细胞分裂错误，继而维持胚胎的正常发育[22]，对细胞分裂错误的自我纠正过程，伴随着早期胚胎发育的整个阶段[23]。胚胎细胞"自救"的表现形式之一为微核结构[24]，常在细胞有丝分裂后期迟滞时出现[25]，并且在卵裂球和囊胚细胞内均可被观察到[26]。若含有微核结构的细胞，在卵裂球和囊胚细胞中所占比例较高，则意味着胚胎质量较差[26]。微核结构的出现，也表明细胞DNA发生断裂，基因组完整性遭到破坏，由此产生的非整倍体细胞不容易存活[26]。因此，在整个胚胎细胞系中，若染色体异常细胞所占比例较高，胚胎则不能维持正常发育；而染色体异常细胞所占比例较低的胚胎，则可能存活，直至发育成胎儿[27]。相较于有丝分裂错误，在减数分裂错误中的染色单体不分离，并不涉及DNA完整性破坏，由此非整倍体细胞发育成胎儿的几率，也可能较细胞DNA发生断裂胚胎发育成胎儿的几率高[26]。由此可见，胚胎细胞有丝分裂错误和减数分裂错误的发生机制、自我纠正机制和细胞结局等均存在不同[26]。
目前针对UPD的研究多基于基因组水平[8,9]，有关UPD发生的具体分子生物学机制研究则十分有限。导致胚胎细胞发生UPD的主要原因之一是出现三体"自救"，当胚胎细胞减数分裂或有丝分裂发生错误，产生染色体三体时，胚胎细胞将多余染色体剔除进行"自救"，如果剔除的染色体为正常分裂染色单体，而来自同一亲本未分离的2条染色单体被留存，则可导致UPD[6]。UPD类型与染色体不分离的发生时间有关，如对于减数分裂Ⅰ期染色体不分离导致的染色体三体，胚胎"自救"后，可能形成UPhD，而UPiD可来自胚胎细胞对减数分裂Ⅱ期染色体不分离的"自救"[2,6]。在减数分裂过程中，同源染色体可通过交叉互换而产生同源重组[28]，此后的染色体不分离，可能造成染色体部分片段存在UPhD或UPiD[29]。有丝分裂错误，通常产生嵌合型UPD，即同一个体中同时存在染色体三体细胞、单体细胞及二倍体细胞，染色体二倍体细胞既可为正常细胞，也可为UPD。UPD嵌合类型和比例，则与胚胎细胞有丝分裂错误发生的时间和"自救"时机有关[30]。导致UPD发生的其他原因，还包括配子互补、代偿型UPD及体细胞重组等，而且导致的UPD类型各不相同[29,30]。当染色体发生重排或形成小的额外标记染色体(small supernumerary marker chromosomes, sSMC)时，也可造成染色体部分片段发生UPD[31]。
在受精卵发育成胚胎过程中，CM可出现在胎盘组织、胎儿组织，或二者同时存在[1]。当染色体非整倍体仅出现在胎盘组织，而胎儿染色体为正常二倍体，即限制性胎盘嵌合(confined placental mosaicism, CPM)[32]时，胎儿容易发生宫内生长受限、早产，甚至胎死宫内；而母体可发生子痫前期等妊娠并发症[33]。
目前，临床上广泛应用的无创产前检测(non-invasive prenatal test, NIPT)，对于胎儿染色体拷贝数异常检测的假阳性结果，一般认为与限制性胎盘嵌合有关[34,35]。临床常见的21-、18-、13-三体CM患者的临床症状，常与其对应的染色体非整倍体相似，或略有减轻[2]；但是发生SCM患者的临床症状和染色体异常表型，则与其对应的染色体非整倍体的差异显著，患者可表现为不同程度生殖系统异常或智力异常[36]。部分CM存在组织特异性，如Pallister-Killian综合征患者嵌合的等臂12p染色体，则仅在皮肤等特定组织中存在，该嵌合体一般只可在成纤维细胞中被检测到，而在淋巴细胞中，则不能被检测到[37]。
迄今已被发现的UPD中，基本已经涵盖除Y染色体以外的所有染色体，UPD发生率为1/5 000~1/3 500[38]。UPD最常发生在15号染色体，其次为11、7、14和16号染色体[38]。其中，发生母源UPD与父源UPD的比例约为9∶1，这可能与卵细胞形成过程中减数分裂错误发生率，显著高于精子形成过程中减数分裂错误发生率有关，而且在胚胎"自救"过程中，相较于母源染色体，父源染色体可能更容易被剔除[39]。UPD的致病性则与印迹基因有关，目前已经确定6、7、11、14、15和20号染色体存在印迹基因，与这些染色体印迹基因相关的UPD疾病均已被文献报道[2,38]。若15号染色体为母源UPD时，则子代可表现为Prader-Willi综合征(Prader-Willi syndrome)症状；反之，则表现为Angelman综合征(Angelman syndrome)症状[38]。若染色体印迹基因以外的区域存在UPD，则个体也可能无任何临床症状。Nakka等[40]最新研究发现，在正常人群中，UPD发生率约为1/2 000，而且发生UPD较多的染色体为1、4、16、21、22号染色体和X染色体，而非印迹基因所在的染色体。另外，若UPiD区域内包含隐性遗传基因突变，则个体可能由于致病基因的纯合型突变而发病，如囊性纤维跨膜转运调节因子(cystic fibrosis transmembrane conductance regulator，CFTR)基因所在的7q31.2区域发生UPiD，患者可出现囊性纤维化相关疾病的临床症状[41]。另外，若X染色体存在UPiD，则可能导致携带杜氏肌营养不良(Duchenne muscular dystrophy, DMD)基因突变的女性个体发病[42]。研究发现，在早期自然流产组织中可检测到UPD，说明某些印迹基因还可能与受精卵的细胞分化和胚胎发育相关。因此，为降低早期流产发生率，在应用胚胎植入前遗传学筛查(preimplantation genetic screening)技术时，是否应该将UPD作为筛查项目，尚需进一步探讨[9]。由此可见，关于CM和UPD致病性的研究，目前还处于探索阶段，仍需要诸多相关临床病例资料积累，以及对CM和UPD具体分子机制的进一步研究。
传统的产前诊断的侵入性取材方式，包括绒毛膜取样和羊膜腔穿刺术取样等。根据绒毛膜取样产前诊断结果诊断的胎儿CM发生率(1%~2%)，远高于根据羊膜腔穿刺术诊断的胎儿CM发生率(0.1%~0.3%)，这说明在胚胎发育过程中，胎盘细胞的CM发生率远高于胎儿细胞CM发生率[43]。对羊水细胞进行培养后，传统的染色体核型分析技术可检测的细胞数目十分有限，一般仅可检测到异常染色体细胞比例为15%~20%的CM[44]。随着新技术的不断发展，采用基于微阵列的比较基因组杂交技术(microarray-based comparative genomic hybridization, array CGH)和NGST等进行胎儿染色体异常产前诊断，可使CM检测效率明显提高[45,46]。
目前产前诊断多以羊水标本的实验室检测结果，作为评判胎儿染色体异常的依据。羊水细胞来源主要包括胎儿泌尿系统、消化及呼吸系统的脱落上皮细胞和胎儿组织以外羊膜腔的外胚层和中胚层细胞，故对羊水细胞的检测，也不能完全反映胎儿染色体的真实状态，对CM的检测结果，依然存在假阳性或假阴性结果可能[47]。目前，人为地将实验室细胞学检测到的羊水细胞CM结果分为3个风险等级(Ⅰ~Ⅲ级)[48]。在遗传咨询时，一般认为Ⅰ、Ⅱ级CM为假性嵌合，判断为胎儿细胞染色体异常风险较低，而对于Ⅲ级胎儿细胞的ACM，则发生染色体异常的风险很高[44]。然而，由于SCM个体的临床症状与染色体异常类型、比例及组织分布等多种因素相关，这类染色体异常患者表型变异性较大[36]，这为产前评估SCM子代的风险带来一定困难，而成为遗传咨询的难点。如部分Turner综合征患者外周血淋巴细胞的染色体核型为45，X，但是其卵巢组织内存在45，X/47，XXX隐匿性SCM，这类患者仍有生育的可能[49]。由此可见，针对胎儿SCM的长期随访研究结果，或将有助于更好地评估胎儿结局。在产前诊断发现CM时，可采取胎儿染色体核型分析，array CGH，荧光定量聚合酶链反应(quantitative fluorescent polymerase chain reaction, QF-PCR)及荧光原位杂交(fluorescence in situ hybridization analysis)等多种技术，取材于胎盘、羊水、脐血、胎儿皮肤等多个组织，根据更全面的信息，进行胎儿染色体异常风险的综合评判断[50,51]，尽可能帮助孕妇审慎、合理选择是否继续妊娠。
目前针对UPD的检测包括基于甲基化特异性(methylation-specific，MS)检测，如MS多重连接依赖探针扩增(methylation-specific multiplex ligation-dependent probe amplification, MS-MLPA), MS-PCR等，以及基于基因组多态性位点的检测，如用于检测染色体短串联重复序列(short tandem repeats，STR)的QF-PCR方法与基于单核苷酸多态性的微阵列技术(single nucleotide polymorphism arrays, SNP-array)等[52]。其中，SNP-array可检测整条胎儿染色体的UPD和片段性UPD；而STR检测方法由于是散点性检测，可能漏诊片段性UPD[1]。在拥有胎儿父母遗传信息情况下，采用SNP-array和STR检测，可以诊断整条胎儿染色体的UPhD和UPiD；而在缺少胎儿父母遗传信息时，则可根据SNP-array结果中的大片段杂合性缺失(loss of heterozygosity)或纯合型大片段(runs of homozygosity)，判定UPiD，而不能判定UPhD[3,53]。利用SNP-array和QF-PCR等技术，仅可根据基因多态性位点的信息判断染色体是否存在UPD，而UPD是否导致印迹基因相关疾病，则还需MS检测进行确认[12]。目前尚无法阐明所有UPD的致病性，无法判断发生UPD胎儿的妊娠结局，故在现有产前诊断策略中，并不针对胎儿UPD进行常规筛查。在产前诊断中，若发现胎儿存在已确定的致病性UPD所在的染色体(6、7、11、14、15和20号染色体)存在染色体三体CM；胎儿染色体核型为罗氏易位或存在sSMC时[12]；或超声提示与已知UPD所致疾病有相似症状时，则须对胎儿进行UPD产前诊断[12,54]。当无创产前检测结果提示胎儿染色体核型为三体的风险较高，而对羊水穿刺术样本的检测结果为正常或嵌合型二倍体时，亦需考虑胎儿发生UPD可能[55]。
综上所述，细胞分裂错误和自我纠正，可在胚胎发育的不同时期发生，其导致胎儿染色体异常的嵌合类型、嵌合比例和组织分布均存在差异，因而可对胎儿产生不同程度影响。胎儿染色体异常表型和临床表现的差异，导致CM胎儿妊娠结局和疾病风险无法被准确预测，这也给产前诊断与遗传咨询加大难度。在对发生胎儿CM孕妇进行遗传咨询时，除评估其产前诊断的羊水检测结果外，还需结合包括胎儿超声和父母遗传信息等资料进行综合评估，将胎儿出生后可能发生的疾病、出现的临床症状等风险，均充分告知孕妇及其家属，让其知情、选择。随着针对胎儿染色体异常诊断的更多先进产前检测技术的出现，胎儿染色体异常的致病机制研究的进展，相关临床病例资料的逐渐积累，可使针对CM及UPD的产前诊断及遗传咨询的难度逐渐下降。
所有作者均声明不存在利益冲突
