出生缺陷是指婴儿出生前已经存在,出生时或出生后数年内发现的身体结构、功能或者代谢异常,大致包括三大类:先天畸形,功能、代谢、行为异常,低体重出生等[1-2]。儿童发育异常包括发育迟缓、智力低下、特殊面容、多发畸形、内外生殖器发育异常及第二性征不发育等[3]。儿童智力障碍和发育异常在全球患病率为2.3%[4],严重危害儿童的身心健康和人口素质,给患者及其家庭带来沉重的精神和经济负担。染色体异常是导致患儿出生缺陷和发育异常的重要原因。据文献报道,30%～40%的智力障碍患儿染色体异常[5]。因此,对出生缺陷和发育异常患儿进行遗传学分析能够尽早明确病因,从而为临床诊断与治疗提供指导。本文回顾性分析2013年10月—2021年10月在本院就诊的出生缺陷和发育异常患儿的外周血染色体核型或(和)染色体微阵列分析(chromosomal microarray analysis,CMA)结果,旨在探讨儿童出生缺陷和发育异常与染色体异常之间的关系,以及上述两种技术检出效果,以期为临床诊治和临床诊断技术的应用提供科学依据。
对象与方法
1.研究对象:选取2013年10月—2021年10月在本院因出生缺陷和发育异常就诊的患儿为研究对象。纳入标准:具有以下一种或两种及以上临床特征的患儿,如低出生体重、生长发育迟缓、智力低下、特殊面容、先天畸形、内外生殖器发育异常及第二性征不发育。排除标准:通过查阅病例资料和实验室检查排除患儿母亲孕期营养不良、产伤、外伤、中毒、感染、妊娠并发症、家族遗传病或代谢病。经过筛选,共纳入500例出生缺陷和发育异常患儿。其中,男273例,女227例;患儿年龄为1天～18岁,中位年龄4个月;根据主要临床表现分类,包含36例低出生体重儿、139例发育异常、24例智力障碍、135例特殊面容、70例先天畸形、以及96例内外生殖器发育异常。500例患儿中,有448例接受了染色体核型分析,71例接受了染色体微阵列分析,其中有19例同时进行了两种分析。本研究经内蒙古自治区妇幼保健院伦理委员会批准([2020]伦涵审第[073-1]号),所有研究对象签署知情同意书。
2.外周血染色体核型分析:采集患者外周血2～3 mL,按照无菌操作要求,将肝素抗凝的外周血注入1640淋巴细胞培养基中,37 ℃密闭式培养箱培养68～72 h。培养终止前加入0.04～0.08 mL浓度为20 ug/mL的秋水仙素,在37 ℃培养箱中继续培养4 h后,0.075% KCL低渗、固定处理制片。经0.025%胰酶消化后用吉姆萨染液染色、镜检。每例计数20个细胞分裂中期的分裂相,分析5个分散较好的核型。若出现嵌合体加数至50个分裂相,必要时进行N或C显带辅助诊断。
3.染色体微阵列分析:采集EDTA抗凝血,在无菌操作下使用Promega公司(美国)DNA提取试剂盒,按照说明书提取基因组DNA。用Nano Drop 2000分光光度计测定DNA浓度。按Affymetrix Cytoscan 750K芯片的要求将基因组DNA进行操作,通过酶切、接头连接、扩增、产物纯化、片段化、标记、预杂交之后,杂交液注入芯片,进行过夜杂交,次日洗涤、染色。采用Affymetrix Genechip Scanner 3000Dx扫描系统获得数据,用CHAS软件进行分析。
4.统计学处理:应用SPSS 23.0软件进行数据统计,计数资料采用百分比(%)表示,组间比较应用χ2检验,P<0.05为差异有统计学意义。
结果
1.患儿染色体检测结果:500例患儿中,通过染色体核型分析和CMA共检出182例异常,总检出率为36.4%(182/500)。染色体核型分析和染色体微阵列分析各自检出情况如下。
(1) 外周血染色体核型分析结果。接受外周血染色体核型分析的448例患儿中,检出异常163例,检出率为36.4%(163/448)。其中,染色体数目异常122例(27.2%,122/448),结构异常25例(5.6%,25/448),其他异常16例(3.6%,16/448)。染色体数目异常病例中,常染色体数目异常117例(26.1%,117/448),包括21-三体及其嵌合体115例、18-三体1例及标记染色体1例;性染色数目异常5例(1.1%,5/448),包括45,X及其嵌合体3例,47,XXY,47,XYY各1例。
染色体结构异常病例中,常染色体结构异常21例(4.7%),包括衍生染色体1例、倒位1例、罗氏易位8例、平衡易位3例、缺失5例、重复2例及环状染色体1例;性染色体结构异常4例(0.9%),均为X等臂染色体及其嵌合体。其他异常有儿童性反转12例(2.7%)、染色体多态性4例(0.9%),详见表1。
表1 外周血染色体核型分析异常核型分布情况
染色体异常类型异常核型临床表现检出例数构成比(%)n=163检出率(%)n=448常染色体数目异常11771.826.147,XY,+21或47,XX,+21特殊面容、发育迟缓、低出生体重儿、先天性心脏病11470.025.447,XY,+21[25]/46,XY[25]特殊面容10.60.247,XY,+18多发畸形10.60.246,XX[16]/47,XX,+mar[18]特殊面容10.60.2性染色体数目异常53.01.045,X原发闭经10.60.245,X[24]/46,XY[106]两性畸形10.60.245,X[5]/46,XY[65]发育迟缓10.60.247,XXY外耳畸形10.60.247,XYY特殊面容10.60.2常染色体结构异常2112.94.7衍生染色体46,XY,der(14)t(14;21)(q24;q22)特殊面容10.60.2
表1(续)
染色体异常类型异常核型临床表现检出例数构成比(%)n=163检出率(%)n=448罗氏易位45,XY,der(21;22)(q10;q10)外生殖器异常10.60.246,XX,+21,der(21;21)(p10;p10)特殊面容10.60.246,XX,+21,der(21;21)(q10;q10)特殊面容10.60.246,XY,der(14;21)(q10;q10),+21特殊面容21.20.546,XY,+21,der(21;21)(q10;q10)特殊面容,疑似21-三体21.20.545,XY,der(13;22)(p10;p10)全身皮肤黄染,生长发育异常10.60.2平衡易位46,XY,t(1;15)(q21;q22)乳房发育10.60.246,XY,t(2;20)(q23;p11.2)生长发育异常10.60.246,XX,t(2;15)(q21;q14)智力低下不会说话,手部刻板动作10.60.2倒位46,XY,inv(1)(p11q12)鼻梁低平10.60.2缺失46,XX,del(5)(p13)足月小样儿,生长发育迟缓10.60.246,XX,del(5)(p15)疑似猫叫综合征?特殊面容10.60.246,XX,del(9)(p22)双足内翻10.60.246,XY,del(5)(p13)肌张力低,发育落后21.20.5 重复46,XX,?add(6)(q25)足月小样儿,生长发育迟缓10.60.246,XY,add(7)(q33)胎儿畸形10.60.2环状染色体46,XX,r(13)(p12q33)生长发育落后10.60.2性染色体结构异常42.40.8等臂X染色体46,X,i(X)(q10)发育迟缓10.60.245,X[3]/46,X,i(X)(q10)[57]发育迟缓10.60.245,X[12]/46,X,i(X)(q10)[38]原发性闭经10.60.245,X[26]/47,X,i(X)(q10)∗[2]/46,X,i(X)(q10)[22]原发性闭经10.60.2其他异常169.83.6性反转46,XX两性畸形、外生殖器异常、尿道下裂53.11.146,XY两性畸形、外生殖器异常、子宫缺如、原发闭经74.31.6染色体多态46,XY,9ph+发育迟缓10.60.246,XY,inv(9)(p11q13)智力低下,发育落后31.80.7总计163100.036.4
(2) 染色体微阵列分析结果。行CMA的71例患儿中,检出异常结果23例,检出率为(32.4%,23/71)。其中,致病性结果14例(19.7%,14/71),疑似致病结果3例(4.2%,3/71),意义未明结果6例(8.5%,6/71),详见表2。14例致病性结果包括发生在3、5、15、22、X染色体上的微缺失或微重复,其中3例患儿发生15号染色体缺失,占异常结果比例最大。
表2 染色体微阵列分析检出的CNV
序号基因组位置类型长度致病性临床表现1Xq28(148,609,787-154,930,046)重复6 320 kb致病发育落后215q11.2q13.1(23,290,787-28,928,730)缺失5.63 Mb致病先天性心脏病322q11.21(18,648,855-21,800,471)缺失3.15 Mb致病低出生体重儿,早产儿415q11.2q13.1(23290787-2854034)缺失5.25 Mb致病喂养困难,肌张力低515q23q26.2(70,212,628-96,272,130)缺失26 Mb致病智力低下,发育迟缓,疑似PWS622q13.32q13.33(48586771-51197766)缺失2 611 kb致病智力低下,发育迟缓7Xq21.31q28(88028743_155233098)缺失67Mb致病双侧乳房未发育,原发闭经83q29(195776850_197338671)缺失1.562 Mb致病智力低下,语言障碍95q35.2q35.3(175,416,095-177,439,550)缺失2 Mb致病发育迟缓,肌张力底1013q33.2q34(106,249,820-115,107,733)缺失8.8 Mb致病生长发育迟缓115p15.33p13.3(113576_29046872)缺失28.93 Mb致病足月小样儿1215q14q22.2(39,159,348-61,969,571)缺失22.8 Mb致病少哭,偶尔哭,室间隔缺损1317q24.2q24.3(66,933,927-67,970,459)缺失1.037 kb致病出生后毛发浓密1422q11.21(18,648,855-21,800,471)缺失3.15 Mb致病出生低体重儿,早产儿
表2(续)
序号基因组位置类型长度致病性临床表现159q33.2q33.3(122876965-126263467)缺失3387 kb可能致病智力低下1615q11.2(22,770,421-23,277,436)缺失507 kb可能致病智力低下172p15p14(61,493,747-65,032,573)缺失3.5 Mb可能致病发育落后188q21.2q21.3(86,553,128-90,017,733)重复3.465 Mb意义未明右手通贯掌196p25.3p22.1(156974-28198456)重复28.04 Mb意义未明左耳听力筛查未过,发育迟缓207p14.3(31,691,570-31,936,532)重复245 kb意义未明智力低下,发育落后211q41q42.12(222,162,626-225,622,264)7q21.13(90,411,789-90,695,702)14q21.1(40,867,015-41,314,875)缺失缺失缺失3.46 Mb284 kb448 kb意义未明意义未明意义未明疑似快乐木偶综合征229q21.12q21.13(72776976-75601351)缺失2 824 kb意义未明生长发育迟缓,肌张力底23Xp21.1(32498835_32803510)重复305 kb意义未明足月小样儿,1度腭裂
2.两种方法联合检测的染色体异常检出率:19例采用了核型分析与CMA联合检测,异常检出率52.6%(10/19),其中同时检出异常的有4例,分别为患者10号、11号、20号、21号(见表2);核型分析未见异常而CMA发现异常的有6例,包括1例15q14q22.2杂合性丢失和5例<10 Mb的微缺失微重复。
讨论
1.出生缺陷和发育异常与染色体核型异常的相关性:出生缺陷和儿童发育异常是影响中国人口质量和社会可持续发展的重大公共卫生问题。据相关数据统计中国出生缺陷发生率为10%～25%,每年有80万～120万新生儿被诊断为出生缺陷[6]。染色体畸变、基因突变是导致儿童出生缺陷,生长发育异常的重要原因。发育迟缓、智力低下、性发育异常和先天畸形等几乎是染色体病患者共同的特征,具有这些临床表型儿童中染色体异常发生率较高,并且大量研究表明,儿童出生缺陷和发育异常与染色体异常之间存在相关性。高晓鹏等[7]研究显示,6 285例因精神运动发育迟缓、多发畸形、特殊面容、智力低下、身材矮小、性器官发育异常及第二性征不发育等患儿的染色体核型异常检出率为24.9%;吴兴富等[8]报道的1 506例智力障碍儿童染色体核型分析异常检出率为44.6%;陈璐等[9]相关文献报道的异常检出率为25.6%。本研究中,448例低体重出生、生长发育迟缓、智力低下、特殊面容、先天畸形、内外生殖器发育异常及第二性征不发育等患儿中,检出染色体异常核型163例,异常检出率为36.4%,由此可见,染色体异常是导致儿童出生缺陷和发育异常的重要原因。本研究与已经报道的几个研究检出率有差异,可能是由于各个研究纳入的疾病种类有所差异,并且各疾病及其在总体样本量中的占比不同。
(1)染色体数目异常。染色体异常分为数目异常和结构异常,数目异常是最常见的染色体畸变。本研究在出生缺陷和发育异常的儿童中,检出的染色体异常同样以数目异常最多。其中,以21-三体最为突出,占比达70.6%。在王念[10]、王红英[11]、黄鑫[12]及张池[13] 等相关研究中,智力低下、发育迟缓人群的21-三体占异常核型比例为43.5%～76.7%,本研究与之相近。21-三体产生的主要原因是由于生殖细胞在减数分裂过程中,同源染色体或姐妹染色单体不分离而产生异常配子导致的。对嵌合型21-三体而言,其产生是由于受精卵早期分裂过程中21号染色体不分离所致,这与孕妇高龄、病毒感染、长期辐射等因素密切相关。21-三体综合征主要表现为特殊面容、生长发育迟缓,不同程度的智力低下,在染色体异常所致的智力低下中居首位。
Turner综合征是另一种检出数量较多的染色体异常,在本研究的核型分析中异常占比达3.1%。Turner单体型主要由于父母产生配子时,减数分裂过程中X染色体不分离或有丝分裂后期X染色体丢失所造成。嵌合型是由正常合子在某次有丝分裂中X染色体不分离,继续分裂后产生异常细胞系与正常细胞并存而导致[14]。Turner综合征的临床表现为缺乏青春期发育,身材矮小,第二性征不发育或发育不良等。
本研究检出18-三体1例,据报道18-三体综合征主要是卵细胞减数分裂过程中染色体不分离导致的,占活产新生儿的1/8 000～1/4 000[15],发生率仅次于21-三体综合征,通常与母亲年龄密切相关。由于患儿严重的智力低下伴多发畸形,在妊娠10周至出生期间的自然流产率为86%[16],出生后约有30%在1个月内死亡,50%在两个月内死亡,90%在0～1岁内死亡,极个别可活到15岁,故18-三体的检出率较低。其次,由于染色体数目异常是导致胚胎早期流产的最主要原因,仅有少数染色体数目异常能活到出生后,所以本研究中未发现其他染色体数目异常。
(2)染色体结构异常。染色体的结构异常中,以易位多见[17]。本研究检出的常染色体结构异常同样以易位最为多见,共检出11例,异常占比为6.8%,包括平衡易位3例及罗氏易位8例。传统观点认为,染色体相互易位不涉及遗传物质增加或减少,并不会引起表型效应,但是相互易位可能造成基因的断裂形成新的融合基因或破坏某些基因的完整性,可能引起临床表型异常。本研究检出1号染色体臂间倒位1例,染色体倒位遗传物质一般不会丢失,但若断裂点正好处于结构基因区,则会发生相应的症状。因此,在不能确定其它明确致病原因时,发生染色体易位或倒位有必要结合染色体微阵列分析进一步明确诊断。本研究还检出衍生染色体1例,衍生染色体是一种由两条以上染色体重排或者由于一条染色体发生多种畸变而产生的结构重排的染色体。大部分衍生染色体是因为患儿父母之一为易位或插入携带者所造成,由于患儿遗传父母的异常核型,导致衍生染色体的发生而致病。由于染色体的缺失或重复也会导致遗传物质的减少或增加,患者可能出现特殊面容、生长发育异常等临床表现,本研究中检出5例患儿染色体发生缺失、2例患儿染色体发生重复。另外,本研究中检出的4例性染色结构异常均为46,X,i(Xq)及其嵌合体。i(Xq)是在配子形成过程中,X染色体因复制延迟,X染色体不分离,着丝粒横向断裂后长臂复制,短臂丢失而形成。本研究中的4例患儿为均X长臂等臂染色体,由于X染色体短臂缺失,遗传物质部分丢失,所以患儿临床表现为生长发育迟缓、第二性征发育不良、性腺呈索条状等特征。
(3)染色体其他异常。本研究检出患儿性反转12例,异常占比为7.4%(12/163)。性反转综合征指染色体性别和性腺不一致的一类疾病,其包括46,XX男性和46,XY女性。性反转临床症状表现不一,常因生长发育异常,原发性闭经,无子宫或卵巢,外生殖器畸形等原因就诊,且其发病机制较为复杂,因此对临床上疑有性别分化发育异常的患者除进行染色体核型分析外,还应进行内分泌检查,SRY、AZF等基因检测,以明确诊断[18]。
本研究还检出4例染色体多态,包括9qh+和inv(9)。染色体的多态性是指生物种内个体之间各种染色体形态恒定的微小变异,表现为同源染色体结构和带纹强度的差异,包括异染色质和编码rRNA的核仁组织区的变异,分布于着丝粒、端粒、随体、次缢痕和Y染色体长臂等非编码区域[19]。染色体多态性在普通人群中发病率为3.96%,传统观念认为染色体多态性一般为正常变异,其不具有临床意义[20]。但近几年来的研究表明,染色体多态性在分子水平可能与异染色质有关。也有相关研究报道染色体多态性与流产、死胎、发育迟缓有关[21-22]。因此,染色体多态性应该引起重视,可结合CMA进一步明确其是否具有遗传效应。
此外,研究中发现1例罕见的常染色体结构异常病例(10号病例)。患儿,女,11个月,因生长发育迟缓就诊,行外周血染色体核型分析,结果为46,XX,r(13)(p12q33),为验证染色体核型结果进一步进行染色体微阵列分析,检测结果为13q33.2q34缺失8.8 Mb,13q12.12重复1.6 Mb,与染色体核型分析结果相符,患者染色体核型确诊为13号环状染色体。13号环状染色体是由于染色体长臂与短臂断裂后重接而形成,发生罕见,据最早1968年Lejune报道,活产儿中发病率约为1:58 000[23]。患儿临床表现的严重程度与遗传物质丢失的数量和部位有关,染色体长臂断裂位点越靠近着丝粒,丢失的遗传物质越多,导致的临床表现越严重[24]。本例患儿13号染色体于q33.2q34断裂,遗传物质丢失8.8 Mb,临床表现为生长发育迟缓、头围小等,与王环环等[25]相关文献报道的四例13q33-q34缺失患者的临床表型相一致。
2.出生缺陷和发育异常与染色体微缺失微重复:本文中,采用染色体微阵列技术在71例患儿中检出14例携带致病性结果,异常检出率为19.7%(14/71),戚锋锋等[26]报道为17.46%、熊卿圆等[27]报道为16.35%,国内李一帆等[28] 报道为24.2%。各研究的检出率不同可能与纳入对象的筛选标准不同和样本量多少有关。14例致病性结果中15号染色体缺失3例,占异常结果比例最大。2例患儿染色体微阵列检测结果显示,15号染色体q11.2q13.1区域存在缺失片段,位于断裂点15qBP2-BP3,该缺失区域既包含父源印记基因又包含母源印记基因,父源性缺失导致普拉德-威利综合征(Prader-Willi syndrome,PWS),母源性缺失导致天使综合征(Angelman syndrome,AS)。PWS或AS这两种综合征均会导致生长发育迟缓、智力障碍、运动障碍等临床表现,与患儿出生缺陷和发育异常密切相关。对于临床上这类患儿建议进行遗传咨询,结合个人表型综合分析,同时建议父母双方行染色体微阵列检测,有助于判断受检者变异的来源(遗传或新发)。1例患儿微阵列检测结果显示为15号染色体q23q26.2区域杂合性丢失(LOH)26 Mb,经家系连锁分析患儿为15号染色体整条母源UPD,联合MLPA验证,患儿确诊为普拉德-威利综合征(Prader-Willi syndrome,PWS)。其余发生在3、5、22、X这些片段的缺失或重复片段也匀覆盖了已知Decipher综合征,为临床诊断提供可靠性的参考。另外还包括可能致病2例、意义未明2例,涉及到的染色体这些病例应该引起更多的关注,需要不断积累更多的临床数据及相关基因功能的研究,为以后的分析提供拷贝数多态性的参考。
3.不同检测方法染色体异常检出率的对比:染色体核型分析虽被视为产前诊断的“金标准”,可以检测染色体数目异常、大片段的缺失或重复、倒位、易位及嵌合体等,但其分辨率较低,对于染色体微缺失微重复容易漏诊。而被称为“分子核型”的染色体微阵列技术能够检测出大于1 kb的拷贝数变异,这种先进的检测技术不仅可以对染色体核型分析的结果进行佐证,而且更好的弥补了染色体核型分析的不足。杨晓等[29]、胡婷等[30]相关研究,均报道对染色体核型正常的患儿进行CMA检测能够提高患儿染色体异常检出率,因此染色体核型分析和CMA检测联合应用具有重要的临床价值。本文进行两种方法联合检测的患儿中,6例患儿染色体核型分析未发现异常而CMA检出微缺失微重复,可见,<10 Mb的CNV在进行染色体核型分析时容易被漏检,进一步阐明了两者联合在出生缺陷和发育异常患儿中的应用价值。因本研究纳入病例数较少,还不能充分的说明联合检测的检测率高于单独检测,这也是本研究的局限所在。
综上所述,出生缺陷及发育异常的患儿异常染色体检出率较高,临床工作中发现发育迟缓、特殊面容、智力低下、多发畸形及第二性征发育异常的儿童应尽早进行外周血染色体核型分析及CMA检测,为患儿明确病因,达到早诊断、早治疗的目的,并且为其父母再生育提供指导,降低出生缺陷,提高人口素质。
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