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1、张洁Ph.D,M.D,Lecturer卫生毒理教研室Department of Toxicology苏州大学医学部放射医学与公共卫生学院Radiation Medicine&Public Health Medical College,Soochow University,遗传毒性的类型及其形成机制染色体畸变(Chromosome Aberrations),染色体是遗传物质的载体，由许许多多的DNA分子和蛋白质分子组成。如果因为某种原因造成染色体的数目或结构异常，则会引起个体一系列性状的改变，形成染色体病。,第一节 人类染色体,第二节 染色体畸变,第三节 染色体病,第一节 人类染色体,一、染色体
2、的形态和数目,染色体的形态结构在细胞增殖周期中不断发生着变化，一般在有丝分裂中期，染色体的形态最典型、最清晰。这时，每条染色体均由两条染色单体构成，它们的形态结构完全相同，互称姐妹染色单体。两条染色单体仅在着丝粒处相连，由于着丝粒浅染内缢，故也称主缢痕。着丝粒区是纺锤丝附着之处，在细胞分裂过程中与染色体的运动有关。着丝粒将染色体分为短臂（p）和长臂(q)两部分，两臂末端均有一特化部分，称为端粒。,（一）染色体的形态结构,着丝粒、短臂和长臂,端 粒,短臂(p),长臂(q),着丝粒,（centromere）,姐妹染色单体,（sister chromatid）,（二）染色体的类型 根据着丝粒的位置，
3、人类染色体可分为三种：中央着丝粒染色体：着丝粒位于染色体纵轴的1/25/8处；亚中着丝粒染色体：着丝粒位于染色体纵轴的5/87/8处；近端着丝粒染色体：着丝粒位于染色体纵轴的7/8末端。,中央着丝粒染色体,亚中着丝粒染色体,近端着丝粒染色体,人类的正常体细胞中含有两个染色体组为二倍体，染色体数目为46条即23对;其中122对染色体男女均有，称为常染色体，另一对染色体与性别有关，称为性染色体。女性的性染色体为XX，男性的性染色体为XY。人类的正常生殖细胞所含的全部染色体称为一个染色体组，染色体数为23条，卵子为22+X，精子为22+X或22+Y。,（三）染色体的数目,二、染色体的核型,（一）非显
4、带染色体核型核型将一个体细胞中的全部染色体，按各对同源染色体的大小、形态特征，从大到小依次排列并分组编号所构成的图形。根据1960年美国丹佛第一届国际细胞遗传学会议上确立的丹佛体制，将人类的22对常染色体按其长度和着丝粒位置顺次编为122号，并划分为A、B、C、D、E、F、G七个组，另一对性染色体X和Y染色体，分别归人C和G组。,A组 包括13号三对染色体。为最大的一组染色体，其中1、3号具中央着丝粒，2号为亚中着丝粒染色体。B组 包括45号两对染色体。为亚中着丝粒染色体，这两对染色体短臂相对较短，易于与C组的亚中着丝粒染色体相区别，但4、5号两对之间难以区分。C组 包括612号七对染色体和X
5、染色体。为中等大小的亚中着丝粒染色体，其中第6、7、8、11和X染色体的着丝粒略靠近中央，短臂相对较长，第9、10、12号染色体短臂相对较短，X染色体大小介于第7和第8号之间。第9号染色体长臂上常有一明显的次缢痕。D组 包括1315号三对染色体。为中等大小的近端着丝粒染色体，短臂上常有随体。E组 包括1618号三对染色体。体积较小，其中第16号为较小的中央着丝粒染色体，其长臂有时可出现次缢痕。第17、18号染色体为最小的亚中着丝粒染色体。F组 包括1920号两对染色体。为最小的中央着丝粒染色体。G组 包括2122号和Y染色体。为最小的近端着丝粒染色 体，其中2l、22号染色体常具有随体。Y染色
6、体无随体，其两长臂平行靠拢。,非显带染色体核型,A组,B组,C组,D组,E组,F组,G组,在非显带染色体标本上，不能将染色体的形态特征完全显示出来，尤其是B、C、D、F和G 组的染色体，只能鉴定出属于哪一组，而对组内各号染色体一般难以区别。染色体显带技术可使每一号染色体的长臂和短臂上呈现出一条条明暗交替或深浅相间的带纹，这就构成每号染色体的带型，经过显带技术处理的染色体称为显带染色体。显带技术极大地促进了细胞遗传学的发展，使每条染色体都可被准确识别和鉴定，甚至出现小的染色体结构异常也可被检出。,（二）染色体显带技术与带型,Q带 染色体标本经喹吖因氮芥(QM)等荧光染料处理后显示的带，称Q带。在
7、荧光显微镜下，可见标本的染色体臂上有明暗相间的横纹，对每条染色体都是特征性的。染色体之所以显示出带纹，一般认为是构成染色体的DNA分子中碱基成分存在差异，DNA双螺旋缠绕程度的不同所致。Q带明显，显带效果稳定。但荧光持续时间短，标本不能长期保存，必须立即观察并显微摄影。,G带 这是目前使用最广泛的一种带型，操作简单，带纹清晰，标本可长期保存，重复性好。其方法是：将染色体标本经胰蛋白酶、NaOH、柠檬酸盐或尿素等试剂处理后，再经吉姆萨染色，显示的深浅交替的横纹便是G带。染色体的G带在普通光镜下即可观察。G带带型与Q带带型基本相同，G带的深染带相当于Q带的亮带，浅染带相当于暗带。,R带 染色体标本
8、经热磷酸盐(8090)处理后，用吉姆萨染料染色显示的带纹叫R带。R带的带纹与G带相反，即G带是深染部分，R带呈浅染。对于G、Q显带的染色体，两臂末端均为浅带或不显示荧光，在R带则被染色。因此，R带有利于测定染色体长度，观察末端区的结构。一般R显带主要用于研究染色体末端缺失和结构重排。C带 染色体标本经热碱Ba(OH)2或NaOH处理后，用吉姆萨染色，每一条染色体的着丝粒区特异性着色，第1、9、16号染色体的次缢痕区和Y染色体长臂远端1/22/3的区段也呈深染状态，这就是C带。由于C带显示的主要是邻近着丝粒的结构异染色质区，所以也称着丝粒显带。C带技术通常用以检测着丝粒区、次缢痕区及Y染色体结构
9、上的变化。,高分辨G带 应用普通G显带技术，在中期单倍染色体上一般可显示320条带纹。70年代后期，采用细胞增殖同步化方法和改进的显带技术，在细胞分裂的晚前期、早中期可获得更多的分裂相和带纹更多更细长的染色体，在单倍染色体上能显示550850，甚至更多条带纹，这种染色体显带技术称为高分辨G带。高分辨显带技术有助于发现更多细微的染色体结构异常，使染色体结构畸变的断裂点定位更精确。,上述Q、G、R带三种带型是染色体整体显带，下图为人类显带染色体模式图。,G、Q阴性带，R阳性带,G、Q阳性带，R阴性带,可变带,在显带染色体标本上，每条染色体都由一系列连续的带纹构成，没有非带区。依照染色体上的明显特征
10、作为界标，可将染色体分为若干个区，每个区中含有不同数量的带。1.界标 界标是每条染色体上稳定的、有显著形态学特征的部位。包括染色体两臂的末端、着丝粒和某些明显的深染带或浅染带。它是识别染色体的显著而恒定的形态学特征。2.区 区是两个相邻界标之间的染色体区域。3.带 带分布于染色体的整个区域，明暗相间、深浅交替。4.亚带 在带的甚础上，再分出若干细小的带纹叫亚带。高分辨显带技术使对染色体的分析达到了亚带水平。,（三）区、带和亚带的命名及表示方法,在标记特定的带时，包括四项：染色体号、臂符号、区号和带号。这些符号依次连写，不留间隔，不用标点分开。例如lp34，表示1号染色体短臂3区4带。如果一个带
11、需要再分成若干亚带，则写成1p341，1p342，1p343等。亚带lp341接近着丝粒区，1p343远离着丝粒区。,第二节 染色体畸变,染色体畸变染色体是遗传物质的载体，其数目和结构的相对恒定是保证个体遗传性状相对稳定的基础。某些物理、化学等因素可使染色体数目和结构发生改变，称为染色体畸变。染色体畸变包括数目畸变和结构畸变两大类，其发生可以在受精以前，也可以在受精之后；可以发生于常染色体，也可以发生于性染色体。,一、染色体数目畸变,以二倍体为标准，如果体细胞染色体数目超出或少于2n=46，称为染色体数目畸变。它包括整倍性改变和非整倍性改变两种形式。,整倍性改变（以染色体组为单位的增减）,三倍
12、体（triploid）,四倍体（polyploid）,非整倍性改变（染色体数目只有少数几个的增减）,超二倍（hyperdiploid）：如三体,亚二倍（hypodiploid）；如单体,(一)整倍性改变,整倍性改变的核型描述方法是：写出此细胞中染色体的总数，数目后加逗号，然后写出性染色体的组成，如69，XXY等。,三倍体产生的机制:双雄受精 双雌受精,三倍体(triploid):指体细胞中有三个染色体组，染色体总数为69。核型:69,XXY 69,XYY 69,XXX,双雄受精(diandry),双雄受精是指受精时两个精子同时进入一个卵子中,双雌受精(digyny),双雌受精指减数分裂时，本应
13、分给极体的那组染色体仍留在卵子内，形成二倍体的异常卵子，该卵子与正常精子受精。,在人类三倍性是致死的，在流产胎儿中较常见，也是流产的重要原因之一。,三倍体核型,2、四倍体(tetraploid)指体细胞中有四个染色体组，染色体总数为92.4 n 92 92,XXXX等 形成原因：,核内复制(endoreduplication)：细胞在一次分裂过程中，染色体复制二次或二次以上，结果导致核内多倍化现象。全身四倍体罕见，四倍体以上未见报道。在自然流产的胎儿中，多倍体约占22%；在肿瘤等组织中，常见多倍体细胞。,（二）非整倍体(aneuploid),细胞内个别染色体数的增加或减少，形成非整倍体。,亚二
14、倍体(hypodiploid)：体细胞染色体数目少于46的细胞或个体称亚二倍体；在亚二倍体中，丢失一条染色体构成某号染色体的单体。超二倍体(hyperdiploid)：体细胞染色体数目多于46的细胞或个体；在超二倍体中，多出一条染色体构成某号染色体的三体。,细胞发生非整倍性改变的核型描述方法是:染色体总数(包括性染色体)，性染色体组成，+(-)畸变染色体序号。如13号染色体多一条，为三体型，其核型描述如下：47，XX(XY)，+13；如21号染色体少了一条，为单体型，核型描述为：45，XX(XY),-21。又如某患者性染色体只有一条X，其核型可描述为：45，X。,非整倍体改变的形成机制染色体不
15、分离（non-disjunction）染色体丢失（loss）,非整倍体的形成机制染色体不分离（non-disjunction）在有丝分裂或减数分裂时，一对姐妹染色单体或同源染色体彼此没有分离，同时进入一个子细胞。结果导致一个子细胞中增加一条染色体，另一个子细胞中减少一条染色体。减数分裂不分离：染色体不分离常发生在减数分裂过程中，它既可以发生于减数第一次分裂过程中，也可以发生在减数第二次分裂过程中。,减数分裂不分离（meiotic non-disjunction）第一次减数分裂不分离 如果在第一次减数分裂时发生染色体不分离，即同源染色体未分离，会导致某一联会的同源染色体共同进入一个次级精母细胞(
16、或次级卵母细胞)中。第二次减数分裂不分离 如果在减数第二次分裂时发生染色体不分离，即姐妹染色单体不分离，结果一个细胞得到二条染色单体，另一个细胞则未得到。实践证明，减数分裂的不分离多发生在减数第一次分裂过程中。,第一次减数分裂不分离同源染色体不分离,第一次减数分裂不分离,染色体不分离发生在减数分裂后期；,正常受精后，1/2形成超二倍体(2n1)，1/2形成亚二倍体(2n1)。,形成的成熟配子中，1/2有(n1)条染色体，1/2有(n1)条染色体；,第二次减数分裂不分离姐妹染色单体不分离,第二次减数分裂不分离,2N,1,染色体不分离发生在减数分裂后期；,正常受精后，1/2为二倍体，1/4形成超二
17、倍体(2n1)，1/4形成亚二倍体(2n1)。,形成的成熟配子中，1/2有n条染色体，1/4有(n+1)条染色体，1/4有(n-1)条染色体；,染色体丢失（loss）在细胞分裂的过程中，两条染色单体形成两条染色体时，其中一条移向一极，另一条因着丝粒未和纺锤丝相连而不能移动，或因移动迟缓而未与其他染色体一起进入新细胞核，遗留在细胞质中逐渐消失。结果所形成的两个子细胞，一个染色体数正常，另一个少了一条染色体，这种现象称为染色体丢失。,非整倍体的形成机制,减数分裂不分离如果染色体不分离或染色体丢失发生在有丝分裂（如受精卵早期卵裂）过程中，它将导致该个体全身一部分细胞是正常的，一部分是异常的。一个个体
18、内同时存在两种或两种以上核型的细胞系，这种个体称为嵌合体。嵌合体患者的临床症状往往不够典型，其轻重与异常核型所占比例有关。异常核型细胞所占比例越大，症状越重，反之则轻。,46,46,二、染色体结构畸变,自然界中电离辐射、化学物质和病毒等因素，都可能使染色体发生断裂。断裂端有“粘性”，易与其它断端接合，也可在原来的位置上重新结合，使染色体修复如初。染色体结构畸变是染色体发生断裂后经非正常重接而形成的染色体结构的改变。由于染色体发生断裂的部位及重接方式的不同，可以形成以下类型的结构畸变：1、缺失（deletion）2、重复（duplication）3、倒位（inversion）4、易位（trans
19、location）5、环状染色体（ring chromosome）6、等臂染色体（isochromsome）7、双着丝粒染色体（dicentric chromsome）,（一）缺 失,染色体染色体断裂后，分为有着丝粒的片段和没有着丝粒的片段。没有着丝粒的片段在细胞分裂中不能在纺锤丝牵引下定向移动，一般被遗失在细胞质中。保留下来的染色体丢失了相应的节段的遗传物质，称为缺失(用del表示)。染色体发生一处断裂后，不含着丝粒的末端部分丢失，称为末端缺失。染色体同一臂上发生两处断裂，两断裂点之间的断片丢失，称为中间缺失。,46，XX，del（4）（q27）46，XX，del（4）（pter q27）,
20、（二）重 复,一条染色体的某一节段有两份或两份以上，这种结构异常称为重复（用dup表示）。重复通常是由于一对同源染色体在不同部位出现断裂，彼此断片互换重接，结果导致其中一条染色体某个节段重复，另一条染色体该节段缺失。,重复（duplication,dup）,一条染色体上同时发生两处断裂，形成三个断片，中间的断片倒转180后重接，称为倒位(用inv表示)。两处断裂发生在着丝粒一侧(长臂或短臂)形成的倒位，称为臂内倒位。两处断裂发生在着丝粒两侧形成的倒位，称为臂间倒位。细胞内染色体的倒位，一般只是造成基因排列顺序的改变，不发生遗传物质的增减，故往往无表型效应，这样的个体称为倒位携带者。这种个体在减
21、数分裂时常常会形成带有异常染色体的配子，最终导致受精卵或胚胎致死，以及产生染色体异常的后代。在临床上，臂间倒位比臂内倒位多见。,（二）倒位,臂内倒位（paracentric inversion）,46，XY，inv（4）（q13q24）,臂间倒位（pericentric inversion）,（四）易 位,某条染色体的断片接合到另一条染色体上，称为易位（用t表示）。易位有多种形式，主要类型有相互易位和罗伯逊易位。,相互易位：两条非同源染色体同时发生断裂，其断片相互交换位置后重接，形成两条异常染色体，这种易位称为相互易位。由于相互易位并无遗传物质丢失，仅涉及位置的改变，故一般情况下个体表型正常，
22、这种个体称为平衡易位携带者。,46，XY，t（4，20）（q25；q12）46，XY，t（4，20）（4pter4q25:20q1220qter；20pter20q12:4q254qter）,罗伯逊易位：它是一种特殊形式的相互易位，只发生在近端着丝粒染色体之间。两条近端着丝粒染色体在着丝粒或其附近部位断裂，而后两长臂重接形成一条染色体，两短臂也可重接形成一条很小的染色体，这种易位称为罗伯逊易位，又称罗氏易位或着丝粒融合。罗氏易位形成的小染色体常在随后的细胞分裂中丢失，致使细胞中只有45条染色体。由于小染色体只含有少量基因，它的丢失不会引起明显的遗传学效应，发生易位的个体表型基本正常。,45，X
23、X，-14，-21，+t（14；21）（p11；q11）,（五）环状染色体（ring chromosome,r）,46，XY，r（2）（p21q31）,46，X，I（Xp）,46，X，I（Xq）,（六）等臂染色体(isochromosome,i),45，XX，dic（6；11）（q22；p15）,（七）双着丝粒染色体(dicentric chromosome,dic),智力低下、发育缓慢，甚至多发畸形、亦男亦女，这些异常的性状特征都可能由染色体畸变引起，成为染色体病的临床表现。染色体的畸变情况可以用核型来描述，其发生可在常染色体，也可在性染色体。,第三节 染色体病,染色体病是指由于染色体数目或
24、结构畸变所导致的疾病。因为染色体畸变时所涉及的基因较多，所以机体的异常情况可能会涉及到许多器官、系统。染色体病通常表现为具有多种症状的综合征，涉及生长迟缓、多发畸形、智力障碍和皮纹改变等，故又称为染色体畸变综合征。根据染色体畸变的类型，染色体病可分为染色体数目畸变引起的疾病和染色体结构畸变引起的疾病两大类。,一、染色体数目畸变引起的疾病,1.21三体综合征(先天愚型)1866年，英国医生Langdon Down首先描述报道，故又称Down综合征。,发病率：在新生儿中的发病率约为1/8001/600，是最常见的一种染色体病。,(一)常染色体数目畸变引起的疾病,发生原因：21三体型一般是由于在形成
25、卵子的减数分裂过程中，21号染色体发生了不分离，产生了含有两条21号染色体的异常卵子，其与正常精子结合所至。随着母亲年龄的增长，染色体发生不分离的机会也相应增大。40岁以上的母亲生出先天愚型患儿的几率比2534岁的母亲要高10倍以上。嵌合型是受精卵在卵裂过程中21号染色体不分离造成的。,21三体综合征,临床表现：患者生长发育迟缓，体力和智力发育均有障碍，坐、立、走都很晚，智力低下，缺乏抽象思维能力。具有特殊的呆滞面容：眼裂小、外侧上倾，眼间距宽，鼻根低平，颌小，腭狭，口常半开，舌大外伸，流涎，故又称伸舌样痴呆。40的患者有先天性心脏病，其中房间隔缺损者约占一半。患者四肢关节过度屈曲，肌张力低，
26、指短，小指内弯，约50的患者具有通贯手，atd角约7080(正常人atd角平均为41)。拇趾与第二趾之间相距较大。男性患者常有隐睾，无生育能力；女性患者少数有生育能力，但将此病传给后代的风险较高。,发病率：新生儿的发病率约为1/80001/3500。患者多数于生后6个月内死亡。,2.18三体综合征,发生原因：同2l三体综合征发生机制一样，18三体型一般是由于患者的母亲在形成卵子的减数分裂过程中，18号染色体发生了不分离，产生了含有两条18号染色体的异常卵子，该卵子与正常精子受精后形成。嵌合型是由于受精卵在早期卵裂过程中，18号染色体不分离造成的，嵌合型存活时间相对较长。52的患儿产生于35岁以
27、上的孕妇。,18三体面部,18三体耳部,弓形纹,18三体足部摇椅型足,18三体手部特殊握拳状,18三体综合征,临床表现：患者生长发育迟缓，出生时体重低，智力发育差，头面部和手足有严重畸形。面小、眼小、眼睑下垂，小颌，耳低位畸形。手呈特殊握拳状，摇椅形足。90的患者伴有先天性心脏病、腹股沟疝等畸形。患者的指端弓形纹显著增多，弓形纹约占患者全部指纹的90以上，十个指头均为弓形纹的患者超过40，少于六个弓形纹的患者极罕见；大约53的手掌可见t点高位，atd角因此而增大，但通常不如先天愚型明显；大约75的患者可出现通贯手，其中25为双侧性的，为正常人群出现率的12.5倍。,(二)性染色体数目畸变引起的
28、疾病,1.先天性睾丸发育不全症 1942年由Klinefelter首先描述了这一综合征，故又称Klinefelter综合征。,发病率:男性新生儿的发病率为1/750。国外白种人中，身高180cm以上的男性发病率为1/260，精神病患者或刑事收容者中为1/100，因不育而就诊的男性中为1/20。发生原因：患者双亲之一在生殖细胞形成过程中，出现性染色体不分离所致；或者受精卵在卵裂时出现性染色体不分离所致。随着亲代年龄的增长，生出本病患儿的几率也相应增加。,临床表现：患者表型男性，儿童期一般无症状，少数患者智力低下。青春期开始后症状逐渐明显，体型高大而不匀称，四肢长，睾丸小且发育不全，不能产生精子而
29、无生育能力。第二性征发育差，无胡须，体毛稀少，阴毛分布似女性，稀少或无，乳房发育，皮肤细嫩。部分患者智力低下，某些患者有精神异常。患者指嵴纹总数显著减少，指端弓形纹增多。,核型：患者核型多为47，XXY，约有13的患者核型为46，XY47，XXY。如果患者为嵌合体，其一侧可具有正常睾丸而有生育能力。,发病率：发病率约为女婴的1/50001/3500。约98的胚胎于胎儿期自然流产，故本病发病率低。发生原因：本病的发生是双亲配子形成过程中，发生性染色体不分离所致，约75的性染色体不分离发生在父方；嵌合型是由于受精卵在早期卵裂时发生性染色体丢失造成的。,2.先天性卵巢发育不全症 1938年美国的内分
30、泌专家Henry Turner首次描述本病，故又称为Turner综合征。,临床表现：患者表型女性，体矮(多在140厘米以下)，乳间距宽，乳房不发育，原发性闭经，卵巢呈条索状，无卵泡生成而不育，外阴幼稚。后发际低，60的患者有蹼颈。上睑下垂，内眦赘皮，鲤鱼样嘴，肘外翻，指(趾)甲发育不全。约1/2患者伴心、肾畸形，如主动脉狭窄，马蹄肾等。患者指嵴纹总数增加，多数t三叉点正常，少数为t三叉点高位。,核型：患者核型为45，X，也有患者核型为45，X/46，XX。嵌合型的体征不典型，只有体矮、条索状性腺和原发闭经等症状。,二、染色体结构畸变引起的疾病,5P-综合征(猫叫综合征),临床表现：患儿在婴幼儿
31、时期的哭声似小猫叫，故得名猫叫综合征。但随着年龄的增长，猫叫样哭声会逐渐消失。患者头小，脸圆，耳低位，眼裂外侧下倾，眼间距宽，斜视，下颌小。全身肌张力低，扁平足，50有先天性心脏病，咽喉部发育不良。智力低下，生长缓慢。,发病率：发病率约为1/50000，在出生时约70的患者是女孩，而在较大年龄的病孩中，约70是男孩。,（一）常染色体结构畸变引起的疾病,核型：患者的核型为46，XX(XY)，5P-。即患者的第5号染色体之一的短臂有缺失。,脆性X染色体综合征 如果一条X染色体在Xq27.3处呈细丝样结构，且所连接的长臂末端形似随体，这条X染色体就被称为脆性X染色体(fraX)，这一部位被称为“脆性部位”。由脆性X染色体所导致的智力低下等一系列病症称为脆性X染色体综合征。发病率:本病在男性群体中发病率较高，约为1/10001/1500，是发病率仅次于先天愚型的一种染色体病。,(二)性染色体结构畸变引起的疾病,Thanks you for your attention!,
