染色体异常导致的自然流产遗传学因素

遗传因素是自然流产最常见的原因。妊娠早期临床流产有一半表现为染色体数目异常。妊娠丢失也与单基因突变有关，然而，目前对单基因在自然流产中的作用知之甚少。因此，在本章中，我们将重点讨论最常见的导致偶发性和复发性流产的遗传原因﹣﹣染色体异常。我们这里不讨论孟德尔基因发挥的间接作用，这些往往被错误地归类为"非遗传"原因，例如遗传性血栓形成倾向。于缺乏足够的数据，染色体微缺失和微重复也不在这里讨论。总的来说，染色体异常是流产的主要原因。

二、评估流产的实验室方法

（一）细胞基因组检测增加在整倍体胚胎中鉴别非整倍体的敏感性

从20世纪70年代起，细胞遗传学检测的金标准是G带核型，它可以诊断大于5~10Mb的结构异常。标准的 G 带核型仍然是非常重要的，可以检出反复妊娠丢失夫妇是否携带平衡易位。然而，新的方法不断出现。今天美国妇产科学院（ACOG）和其他组织建议，侵入性产前诊断的女性推荐使用染色体微阵列（CMA）检测，因为较常规核型分析，CMA具有更高的分辨率，能更全面对整个基因组进行分析。国家儿童健康和人类发展研究所（NICHD）对有不同产前遗传诊断指征的4401名女性进行了前瞻性产前细胞遗传芯片分析，所有胎儿染色体三体、性染色体异常和不平衡易位均能被常规核型分析和CMA两种方法检出"。与单一核型分析结果相比，CMA在755个超声发现具有结构异常或发育异常的胎儿中额外发现6％的病例具有临床意义的CNV。当涉及两个或多个器官系统时，具有临床意义的 CNV 检出率更高（13% )，而孤立的器官和结构异常检出率为5.1%。即使没有明显的结构异常，CMA显示的染色体异常比单一核型分析多 1.7%。正是由于这些原因，ACOG 和产妇胎儿医学协会（SMFM）推荐在评估一个或多个结构异常时接受侵人性诊断检测的患者中，应用CMA 取代传统的细胞遗传学核型分析］。英国皇家妇产科学院（RCOG）和欧洲人类生殖和胚胎学会（ESHRE）建议流产组织采用类似的检测很重要"5]。

与核型分析不同的是，CMA具有无须细胞培养的特别优势。核型分析的细胞培养方法，其成

功率不超过60%~70%。NICHD死胎协作研究网络组织在532 例死胎评估中，CMA获取病例检测有用信息的成功率（87.4%）高于传统核型分析（70.5%)6)。CMA增加有用信息的病例是由于CMA较传统核型分析同时检测到更多的染色体异常的病例信息（8.3%vs.5.8%)。

CMA的缺点在于一般不能区分平衡易位和正常核型。

（二）在流产病例中通过细胞游离DNA 检测三体

无创产前检测筛查（noninvasive prenatal testing screening,NIPS)，检测母体循环中细胞游离DNA 的方法被广泛应用妊娠期筛查 13 三体、18 三体和21 三体。这种方法在流产的管理中同样适用，母体血液样本能够提供关于流产胎儿是非整倍体还是整倍体的信息。应用大规模平行测序的分子方法可以在所有个体（妊娠或未妊娠）血液中检测 cfDNA。在怀孕期间，母体血液含有来自多个母体器官和胎儿组织（主要由胎盘产生）的 cfDNA。研究证明 NIPS 的检出率：21 三体有 99.9%、18三体有98%、13三体至少有80%。通常在妊娠10~12周时进行的NIPS，可用于筛查35岁以上和35岁以下孕妇，除了可筛查常见的三体（13三体、18三体和21三体）之外，还可用于性染色体异常的筛查。

孕期母体循环中潜在的细胞游离DNA是基于cfDNA的小片段（50~200bp)。数以百万计的这些片段可以同时测序，并比对到特定的染色体区域。21号染色体相关DNA小片段的检测数量可以与已知的正常个体样本中DNA 预期的数量进行比较。较妊娠正常2倍体胎儿的母亲，妊娠21三体胎儿的孕妇血液中存在相对更多的21号染色体片段计数。胎儿增多的染色体导致母体血浆中存在少量额外增多的相应染色体的特异性DNA片段，这足以区分整倍体妊娠还是非整倍体妊娠。

目前，商业上可用的NIPS检测只能筛查13号、18号和21号染色体，只有这些染色体三体的胎儿能够存活下来并活产分娩。然而，在检测时，不可避免地能够获得所有染色体 DNA 序列。13号、18号和21号以外其他染色体的结果被过滤掉而没有被披露。其实，测序结果能够提供妊娠物所有染色体的信息。为了使NIPS提供更多有关流产的可靠信息，至少4％的cfDNA必须来自胎儿。无论胎龄、母亲年龄、种族／族裔，妊娠 10~22 周的胎儿产生的 cfDNA 占总 cfDNA 平均仅10%,孕10周前占比更低。幸运的是，对于流产评估，有效性应该是可靠的，因为当女性经历流产时，母体血液中应该存在超过4％的胎DNA。因为经历凋亡的胎盘释放更多的细胞游离 DNA进入母体循环。因此，流产染色体状态应该能够很容易被确定"。这同样适用于胎儿或胚胎死亡随后的几周，因为胎盘凋亡一直继续存在。

总之，应用cfDNA分析来确定流产物的染色体状态研究取得了良好的结果，cfDNA分析将很快成为检测每一次流产胎儿染色体状态的标准方法。

三、植入前胚胎的染色体异常

很久以前人们就知道在早孕期植入前胚胎丢失是很常见的现象"。在形态正常的胚胎中，50%~80％的胚胎出现染色体数量异常（非整倍体或多倍体）。非整倍体率随着女性年龄的增加而增加…2,45 岁及以上女性的胚胎非整倍体率达到85%~100%。看起来正常的男性精子非整倍体

率为6%，而女性卵子非整倍体率为20%。这一比例的非整倍体率现象也就产生了胚胎植人前遗传学检测（PGT）的基本原理，期望鉴别可移植的整倍体胚胎。

通常染色体异常率在形态异常胚胎中更高。利用过去唯一技术（FISH）和5~7条染色体特异性荧光探针的检测，在形态异常的第3 天卵裂期胚胎中观察到75% 的异常率。而采用微阵列比较基因组杂交（aCGH）或二代测序（NGS) 的对形态学异常的胚胎 24条染色体分析的队列研究目前尚未见报道，如果这些胚胎中有较多整倍体将是非常好的。

NGS 检测形态正常的胚胎中，有8%~10％表现为非整倍体嵌合现象（15/70。另有10％表现出片段性（重复／缺失）嵌合现象。嵌合型的非整倍体胚胎在移植后可产生存活的胎儿，但其比例远低于整倍体胚胎。非整倍体胚胎的 aCGH 预测值为 4%，而整倍体胚胎的 aCGH 预测值为 42%1m。在上述引用的研究中，胚胎移植是在不知道染色体状态的情况下进行，所使用的技术是aCGH，而非更敏感的 NGS。因此，4％的"非整倍体"胚胎中，可能是伴有未被发现的正常细胞系的非整倍体嵌合体。非嵌合型胚胎的"诊断"最好是通过活检部分来说明，活检涉及滋养外胚层细胞，但是内部细胞团（ICM）才是分化为胚胎的部位。

无论诊断的复杂性如何，仅移植"整倍体"胚胎可增加15%~20％的妊娠率20。最大的获益人群是35-40岁的女性2 20，因为她们可能发生复发性非整倍体胚胎流产。同样，接受单基因疾病植入前基因检测（PGT-M）的年轻患者同时进行非整倍体检测，结果显示获益率为 15%~20%。

四、临床自然流产中的染色体异常

（一）不同胎龄的发生率

跨过临床妊娠前（植入前）阶段，10%~15％的存活胚胎在临床妊娠后发生丢失。至少50%为染色体异常，当女性年龄＞35岁时，染色体异常率超过70％切。由于分离和分析胎儿样本存在困难，可靠的定量分析首先依赖于绒毛膜绒毛取样（CVS)，它可以在超声诊断胎儿死亡后很快进行。75%~90% 的绒毛（代表妊娠物）是非整倍体 223。目前利用CMA 对妊娠物的研究结果提示比例﹣致或具有更高的比例。2004年，Schaeffer等报道了41例流产组织核型分析诊断为正常，但是aCGH 发现4例此前未被识别的异常。再加上计划进行CVS检查时确认为死亡的流产胎儿数据，35岁及以上流产女性妊娠物染色体异常频率至少为60%~75%。Sahoo等也有类似的报道。

在妊娠中期，染色体异常更为少见。在确定发生率时有一个陷阱需要考虑，即胎儿的死亡往往早于妊娠物自然排出体外数周。因为8周后的流产率只有3%，而妊娠早期流产（1~13周）的发生率是10%~12%，这也支持上述结论。类似地，一些在妊娠中期"确诊"的流产可能在早孕后期已经胎死宫内未排出。只有在至少孕10~12周（13周或以上更好）时间内能证明其存活，才能确认为妊娠中期流产。在妊娠中期，染色体畸变的发生率与活产婴儿出现常见染色体三体（13三体、18三体和21三体）、X染色体单体或性染色体多体的发生率相似。在妊娠中期的妊娠丢失中，染色体异常发生的频率约为15%。

在妊娠晚期（死产婴儿），染色体异常的频率较低，传统上认为约为5％的核型异常。采用aCGH 检测的异常率更高一些。无论如何，死胎的染色体异常发生率明显高于普通人群0.6％的活胎发生率。

（二）染色体异常谱

1．常染色体三体

常染色体三体约占细胞遗传异常自然流产的50%，或所有流产的25%。每条染色体上均可观察到三体现象。在最具临床相关性的数据中，按降序排列，染色体异常频率依次为16、22、21、15、13和14。16三体在流产中最常见，在非嵌合体的出生婴儿中，如果存在也是极为罕见。

对于任何染色体三体，胎盘和胚胎之间的形态学相关性都是不确定的。混杂因素包括在胎儿死亡后、排出之前发生的非特异性绒毛变化。虽然用胎盘组织学来区分非整倍体和整倍体的预测价值很低，但有少数相关性被证实。不可存活的三体胎儿比可存活的三体胎儿（如13三体、18三体、21三体）生长得慢。在一个系列研究中发现，后者的顶臀长是20.65mm，相比之下，前者只有10.66mm。原因可能是非致死性三体胎儿比致死性三体胎儿存活时间更长，或者带有致死性三体的胎儿表现出更显著的宫内生长迟缓，或者两者兼而有之。非致死性三体（13三体、18三体、21三体）流产往往表现出与足月活产三体婴儿相似的异常，这些在妊娠中期及以后更容易辨认。

在大多数三体中，母亲年龄的影响是明显的，但不同染色体的相关影响并不相同。母亲的年龄与减数分裂的错误发生率呈正相关，这是大多数常染色体三体发生原因的细胞学解释。在非整倍体中，减数分裂I产生的三体相对于减数分裂II产生的三体的比例是不同的。几乎所有的16三体都是起源于母源减数分裂工"。在13和21的三体中，90％是母源的，同样通常发生在减数分裂I时。不同的是，18三体中90％是母源的，其中有2/3发生在减数分裂III。这些数据受益于同时代的研究，但是并没有考虑到最近Kuliev等的研究发现，即在卵细胞减数分裂期间，姐妹染色单体提前分离较常见。减数分裂I错误的染色体单体可能在减数分裂II发生修正。因此，在卵子的形成过程中，减数分裂I错误的比例仅比减数分裂II略高（41.7% vs.35.2%)，分裂错误也可同时发生在减数分裂I期和II期。

 染色体数目异常与女性高龄有关，这种解释被认为是由于减数分裂重组减少或缺失所致。同源染色体之间必定发生重组，确保同源染色体之间的物理接近，直到有序分离产生两个等效的单倍体产物。在女性生育年龄早期排出的卵母细胞被认为更有可能经历足够充分的重组，从而使得卵母细胞／胚胎容易发生分离。然而，卵母细胞染色单体过早分离是非整倍体的另一种解释，以往常常未被考虑。

父源减数分裂错误仅占涉及近端着丝粒染色体（13、14、15、21和22）三体的 10%。在非近端着丝粒染色体三体中，父源的减数分裂错误同样可能发生在减数分裂I期或II期。父源的减数分裂错误出现于10％的21三体和一些2号染色体三体病例中。父源因素在其他三体中并不常见。

2．双三体

双三体在所有流产中占1%~2%40-2)，这个频率意外地高于预期。在一项包含 517 例流产的研究中，其中321例成功获得核型分析结果的样本中有2.2％为双三体「HI。按降序排列，涉及双三体最常见的染色体是X染色体、常染色体21、18、16、22、13、2、15。Diego-Alvarez等H对178例双三体列表总结了确定组合，发现父母高龄是一个显著特征为母亲年龄 39.7±3.4岁，父亲年龄43.4±8.7岁。在分析的7例病例中，4例起源于母源减数分裂，其他3个病例的起源无法确定。在Reddy等的研究系列中、双三体流产的胎龄为8.7±2.2周，而单三体胎龄为10.1±2.9周；母亲平均年龄为35.9±5.3岁；性别比例大致相同。

形态学检查发现双三体在流产时通常只显示空囊，形态正常的双三体不常见。在一项研究中，7个双三体中，5个没有显示形态细节，1例有类似胚胎形态，1例48,XXX+18只显示出水泡样改变.

3.常染色体单体

常染色体单体在植入前或植入后通常是致死的。然而，已有56例常染色体嵌合单体（如46,XX/45,XX,21）的活产报道）。大多数涉及较小的染色体（如21或22)。这个曾经罕见的现象在最近变得很重要，因为 NGS 经常揭示嵌合型的非整倍体。如前所述，嵌合体在5%~10％的胚胎中发生。即使移植，怀孕也能产生正常的整倍体（淋巴细胞中非嵌合型）后代。可能的解释包括：少数单倍体细胞在活检中被意外获得，对整倍体细胞的选择性生长，或单倍体并未在内细胞团中出现。包含小于20% 的单体或三体的DNA 水平被认为是正常的范围（背景噪声），而大于80％的则是非整倍体。DNA非整倍体在20%~80％范围内是目前讨论的热点问题，一些数据表明，如果选择一个嵌合胚胎进行移植，嵌合比例不超过40％可能是一个可以接受的阈值，以获得满意的结果。

4．三倍体

倍体，由三个单倍体组成。双雄三倍体（含2个父源单倍体）和二倍体葡萄胎之间存在相关性奶。三倍体通常表现为"部分性葡萄胎"，水泡样组织和胎儿组织共存。部分性葡萄胎（三倍体）可以和常见的完全性葡萄胎相鉴别，后者核型常常是46,XX且都是父源单体，仅有绒毛组织组成。

双雄三倍体的胎盘表现包括不成比例的较大妊娠囊、胎盘绒毛的局灶性水泡变性和滋养细胞增生。胎盘水泡样变化是进行性的，因此很难在妊娠早期识别。不论染色体状况如何，胎盘绒毛在胎儿死亡后都会发生非特异性的水肿变性。这使得研究组织学和细胞遗传学发现之间的相关性变得困难。胚胎形态和亲本来源（双雄受精或双雌受精）之间似乎没有明显的相关性"。在三倍体流产中常见的畸形包括神经管缺陷和脐膨出，这两种异常也发生在三倍体妊娠至足月活产，面部畸形和肢体畸形也有被报道。三倍体流产核型通常为69,XXY或69, XXX。据推测，它的起源可能是双精受精，2个单倍体精子受精或1个二倍体精子受精所致。

5．四倍体

四倍体（4n=92）比三倍体少见，很少存活至胚胎发育的2~3周。胚胎组织中的四倍体应与在临床上少见的、羊水中发现的无关紧要的四倍体细胞区分开来，后者的基础是多核合体滋养细胞。活产的四倍体是存在的，但很罕见57，实际上常常是二倍体／四倍体嵌合型。分子研究表明，起源可能是细胞质分裂的失败，导致92,XXXX和92,XXYY。

6.X染色体单体

X染色体单体占染色体异常流产的15%~20%。早期X染色体单体流产物通常只包括脐带残端。如果一个45,X 的胚胎存活到妊娠后期，可能会出现Turner综合征的异常表现，包括水囊瘤、全身水肿和心脏缺陷。与大多数活产的45,X 婴儿不同，流产婴儿存在卵巢的生殖细胞。约80％活产的X染色体单体是由父源性染色体缺失导致10

7．性染色体多体（X或Y)

47,XXY和47, XYY在活产男婴中各占1/800,47,XXX在活产女婴中占1/800。X或Y染色体多体在流产中仅比在活产中高10%。因此，性染色体多体几乎没有额外的致死性，其发生可能是增加了异常比例（如心脏）