医学百科

染色体

1 拼音

rǎn sè tǐ

2 英文参考

chromosome

染色体是由线性双链DNA分子蛋白质形成的复合物,真核生物的核基因就分藏在每条染色体中,所以,染色体是基因的载体,也就是遗传信息的载体。一个细胞里的全部染色体也就包含了这个生物的全部遗传信息。因各种生物细胞的染色体具有一定的类型和组数。一个染色体组包含一个完整个体发育的全部基,例如人的体细胞中含有两组染色体组,每一组染色体有23个染色体,一共有23对,46个染色体。水稻为12对,24个染色体。

细胞核中由DNA、蛋白质和少量RNA组成的易被碱性染料着色的一种丝状或杆状物。1888年瓦尔德第一次提出了染色体这一名词。染色体为细胞中最重要的遗传结构。对染色体的结构与功能的研究一直是细胞学遗传学中的重大课题。染色体可被苏木精、蕃红、结晶紫、吉姆萨、醋酸洋红地衣红和孚尔根染液等染色。在细胞分裂中期,染色体由两条姐妹染色单体组成,它们仅在着丝粒处相连。每一条染色单体是由一个DNA分子的一条染色线盘绕而成。两条染色单体连处的着丝粒部位称初缢痕。着丝粒是染色体的一个重要组成部分,它在不同的染色体上的位置是一定的。由于着丝粒位置的不同,可把染色体分为中着丝粒染色体、近中着丝粒染色体、近端着丝粒染色体和端着丝粒染色体四种类型。着丝粒对细胞分裂与染色体移向两极起重要作用。染色体上还有一个与核仁的形成有关的缢缩区,称次缢痕。有些染色体的大小可因不同生物或同一个体的不同组织、同一组织不同外界条件而判别很大。染色体的长度变异范围为0.2~50微米,直径0.2~2微米。每种生物染色体数目是相对固定的。在体细胞中染色体成对存在,而在配子细胞中,染色体数目是体细胞中的一半。染色体的数目和开头可作为生物种的特征之一,因此可用染色体作为一个指标进行物种分类并探索物种之间的亲缘关系。染色体数目会在一定的生理、病理或外界条件下发生改变。有些先天性疾病是由于染色体数目的变异引起的,如先天愚型是由于第21对染色体上多了一个所引起的。因此开展染色体的研究,在临床上对疾病的早期诊断以及开展产前遗传咨询和对提高民族的素质等十分重要。

3 概述

细胞核内由核蛋白组成、染色体能用碱性染料染色、有结构的线状体, 是遗传物质基因的载体。在生物的细胞核中,有一种易被碱性染料染上颜色的物质,叫做染色质。染色体只是染色质的另外一种形态。它们的组成 成分是一样的,但是由于构型不一样,所以还是有一定的差别。

染色体在细胞的有丝分裂期由染色质螺旋化形成。用于化学分析的原核细胞的染色质含裸露的DNA,也就是不与其他类分子相连。而真核细胞染色体却复杂得多,由四类分子组成:即DNA,RNA,组蛋白(富有赖氨酸精氨酸的低分子量碱性蛋白,至少有五种不同类型)和非组蛋白(酸性)。DNA和组蛋白的比例接近于1:1。

正常人的体细胞染色体数目为46条,并有一定的形态和结构。染色体在形态结构或数量上的异常被成为染色体异常,由染色体异常引起的疾病为染色体病。现已发现的染色体病有100余种,染色体病在临床上常可造成流产、先天愚型、先天性多发性畸形、以及癌肿等。染色体异常的发生率并不少见,在一般新生儿群体中就可达0.5%~0.7%,如以我院平均每年3000新生儿出生数计算,其中可能有15~20例为染色体异常者。而在早期自然流产时,约有50%~60%是由染色体异常所致。染色体异常发生的常见原因有电离辐射、化学物品接触、微生物感染和遗传等。临床上染色体检查的目的就是为了发现染色体异常和诊断由染色体异常引起的疾病。

染色体检查是用外周血在细胞生长刺激因子——植物凝集素(PHA)作用下经37℃,72小时培养,获得大量分裂细胞,然后加入秋水仙素使进行分裂的细胞停止于分裂中期,以便染色体的观察;再经低渗膨胀细胞,减少染色体间的相互缠绕和重叠,最后用甲醇冰醋酸将细胞固定于载玻片上,在显微镜下观察染色体的结构和数量。正常男性的染色体核型为44条常染色体加2条性染色体X和Y,检查报告中常用46,XY来表示。正常女性的常染色体与男性相同,性染色体为2条XX,常用46,XX表示。46表示染色体的总数目,大于或小于46都属于染色体的数目异常。缺失的性染色体常用O来表示。

人体内每个细胞内有23对染色体.包括22对常染色体和一对性染色体.性染色体包括:X染色体和Y染色体。含有一对X染色体的受精发育成女性,而具有一条X染色体和一条Y染色体者则发育成男性。这样,对于女性来说,正常的性染色体组成是XX,男性是XY。这就意味着,女性细胞减数分裂产生的配子都含有一个X染色体;男性产生的精子中有一半含有X染色体,而另一半含有Y染色体。精子和卵子的染色体上携带着遗传基因,上面记录着父母传给子女的遗传信息。同样,当性染色体异常时,就可形成遗传性疾病男性不育症中因染色体异常引起者约占2%~21%,尤其以少精子症和无精子症多见。

哺乳动物雄性个体细胞的性染色体对为XY;雌性则为XX。鸟类的性染色体与哺乳动物不同:雄性个体的是ZZ,雌性个体为ZW。

4 染色体的研究历史

1879年,由德国生物学家弗莱明(altherFlemming,1843~1905年)弗莱明经过实验发现。

1883年美国学者提出了遗传基因在染色体上的学说。

1888年正式被命名为染色体。

1902年,美国生物学家萨顿和鲍维里通过观察细胞的减数分裂时又发现染色体是成对的,并推测基因位于染色体上。

1928年摩尔根证实了染色体是遗传基因的载体,从而获得了生理医学诺贝尔奖

1956年庄有兴等人明确了人类每个细胞有46条染色体,46条染色体按其大小、形态配成23对,第一对到第二十二对叫做常染色体,为男女共有,第二十三对是一对性染色体。

5 染色体的发现过程

遗传的染色体学说的证据来自于这样的实验, 染色体一些特殊基 因的遗传行为和性染色体(sexchromosome)传递的关系 。性染色体在高等真核生物的两种性别中是不同的。性染色体的发现为Sutton-Boveri的学说提供了一个实验证据。在孟德尔以前(1891年)德国的细胞学家亨金(Henking,H)曾经用半翅目的昆虫蝽做实验,发现减数分裂中雄体细胞中含11对染色体和一条不配对的单条染色体,在第一次减数分裂时,它移向一极,亨金无以为名,就称其为“X”染色体。后来在其它物种的雄体中也发现了“X”染色体。

1900年麦克朗(McClung,C.E)等就发现了决定性别的染色体。他们采用的材料多为蚱蜢和其它直翅目昆虫。1902年麦克朗发现了一种特殊的染色体,称为副染色体(accessorychromosome)。在受精时,它决定昆虫的性别。1906年威尔逊(Wilson,E.B)观察到另一种半翅目昆虫(Proteror)的雌体有6对染色体,而雄性只有5对,另外加一条不配对的染色体,威尔逊称其为X染色体,其实雌性是有一对性染色体,雄性为XO型。

在1905年斯蒂文斯(Stevens,N)发现拟步行虫属(Tenebriomolitor)中的一种甲虫雌雄个体的染色体数目是相同的,但在雄性中有一对是异源的,大小不同,其中有一条雌性中也有,但是是成对的;另一条雌性中怎么也找不到,斯蒂文斯就称之为Y染色体。在黑腹果蝇中也发现了相同的情况,果蝇共有4对染色体,在雄性中有一对是异形的染色体。在1914年塞勒(Seiler,J)证明了在雄蛾中染色体都是同形的,而在雌蛾中有一对异形染色体。他们根据异形染色体的存在和性别的相关性,发现了性染色体,现在已完全证实了他们的推论是完全正确的。严格地说异形染色体的存在仅是一条线索,而不是证据,不能因为存在异形染色体,就表明其为性染色体。一定要通过实验证明这条染色体上存在决定性别的主要基因,方能定论。

染色体

2005年3月17日,在Nature杂志上发表的一篇文章宣告基本完成对人类X染色体的全面分析。对X染色体的详细测序是英国WellcomeTrustSanger研究中心领导下世界各地多所著名学院超过250位基因组研究人员共同完成的,是人类基因组计划的一部分。

从属于NIH的美国国家人类基因组研究院的负责人弗朗西丝.柯林斯博士(FrancisS.Collins,Ph.D)表示“对X染色体的详细研究成果代表了生物学和医药学领域进展的一个新的里程碑。新的研究确认了X染色体上有1098个蛋白质编码基因--有趣的是,这1098个基因中只有54个在对应的Y染色体上有相应功能.....[详细]

染色体研究是临床遗传学研究的基础。测序结果表明X染色体包涵多达1100种基因。但另人吃惊的是,与之相关的疾病也有百余种,如X染色体易碎症、血友病孤独症肥胖肌肉萎缩病和白血病等。看来这条染色体决不容小视!

X染色体对应的另一半就是Y染色体。人类Y染色体的测序工作也已经完成,并且发现它并没有人们之前想象的那样脆弱。Y染色体上有一个“睾丸”决定基因则对性别决定至关重要。目前已经知道的与Y染色体有关的疾病有十几种。

最新进展基因组研究以国际人类基因组计划为代表,是当今生物技 术研究的“热中之热”。人类基因组草图的完成宣告了一 个新时代——后基因组时代的到来。目前已经完成基因组 测序的动物还有秀丽线虫(1998年)、果蝇(2000年)、狗(2004年)和小鸡(2004年)等。我国研究人员独 立完成了水稻、家蚕、鸡、吸血虫等物种的全基因组测序工作。

6 染色体组型

染色体组型(Karyotype):描述一个生物体内所有染色体的大小、形状和数量信息的图象。这种组型技术可用来寻找染色体歧变同特定疾病的关系,比如:染色体数目的异常增加、形状发生异常变化等。以染色体的数目和形态来表示染色体组的特性,称为染色体组型。虽然染色体组型一般是以处于体细胞有丝分裂中期的染色体的数目和形态来表示,但是,也可以其他时期,特别是以前期或分裂间期的染色体形态来表示。关于整个染色体的情况可作下列记载而加以表示:各自的长度、粗细;着丝粒的位置;随体及次缢痕的有无、数目、位置;凝缩部不同的部分以及异染色质部分、常染色质部分;染色粒、端粒的形态、大小及分布情况;小缢痕的数目、位置;由于温度和药品处理所产生的染色体分带(band)的形态、数目、位置等等。对于染色体组的表示,现已提出几种方法。例如,染色体的数目是以n、2n分别表示配子和合子的染色体数目,以x表示基数,以b表示原始基数,以2x、3x、4x、……表示多倍性,以2x+1、2x-1、……等等表示非整惰性,以1、2、3、……等编号表示各个染色体。另外,为了表示各个染色体的形态特征,还可采用“V”形、“J”形等名称,或者采用由A.Levan等(1964)所提出的根据着丝粒的位置进行分类的方法等。关于人类的染色体组型的表示法,在国际上是统一的(在丹佛1960、伦敦1963、芝加哥1966、巴黎1971等地召开的人类染色体会议上所制订的),已规定了为了表示染色体形态特征的染色体臂比、着丝点指数等指标。

7 染色体的医学应用

7.1 生殖功能障碍者

染色体在不孕症、多发性流产和畸胎等有生殖功能障碍的妇夫中至少有7%~10%是染色体异常的携带者。常见的有染色体结构异常如平衡易位和倒位以及数量异常如由于女性少一条X染色体造成的45,XO,或多一条Y染色体造成的47XXY。平衡易位和倒位由于无基因的丢失,携带者本身常并不发病,却可因其生殖细胞染色体异常而导致不孕症、流产和畸胎等生殖功能障碍。性染色体数目异常除可造成不孕外,还常出现第二性征异常。

7.2 第二性征异常者

常见于女性,如有原发性闭经、性发育不良,伴身材矮小、肘外翻、盾状胸和智力稍有低下,阴毛、腋毛少或缺如,后发际低,不育等,应考虑是否有X染色体异常。常见的X染色体异常有特纳氏综合征和环形X染色体。特纳氏综合征患者比正常女性少一条X染色体,其染色体核型为:45,XO。环形X染色体患者由于某种原因使X染色体两端同时出现断裂,并在断裂部位重接形成,环形染色体越小临床症状越重。早期发现这些异常并给予适当的治疗可使第二性征得到一定程度地改善,也可能获得生育能力

7.3 外生殖器两性畸形者

对于外生殖器分化模糊,如阴茎尿道下裂,阴蒂肥大呈阴茎样,根据生殖器外观常难以正确决定性别的患者,通过性染色体的检查有助于做出明确诊断。根据染色体检查结果和临床其它检查,两性畸形可分为真两性畸形、假两性畸形、性逆转综合征等几种不同情况。

1.真两性畸形:内生殖器同时存在着两性的特征,即体内同时存在睾丸、输精管卵巢输卵管。染色体检查表现为两种类型:1、46,XX/46,XY,即一个机体内存在着两个细胞系,每种细胞的比例决定性别取向,产生的原因:X精子和Y精子同时与两个卵子受精后融合,或X精子和Y精子同时与卵细胞和刚形成、尚未排出卵外的极体分别受精所致。2、核型是46,XX,但是Y染色体的某些基因或片段易位于X染色体上,或常染色体基因突变而具有Y染色体的功能。

2.假两性畸形:有进一步分为女假两性畸形和男假两性畸形。女假两性畸形内生殖器表现为女性,有子宫、卵巢、输卵管,染色体检查为46,XX。男性假两性畸形内生殖器表现为男性即性腺是睾丸,染色体核型是46,XY。

3.性逆转综合征:即染色体核型与表型相反,例如核型是女性核型46,XX,但表型却似男性;或核型是男性核型46,XY,但表型却似女性。46,XX男性的主要临床表现有睾丸发育不良,隐睾,阴茎有尿道下裂,精子少或无精子,可有喉节、胡须。腋毛稀疏,群体发病率:1/2万。46,XY女性的主要临床表现有身材较高,卵巢为条索状,无子宫,盲端阴道,原发性闭经,乳房不发育。

7.4 先天性多发性畸形和智力低下

先天性多发性畸形和智力低下的患儿及其父母染色体病的特点就是多发性畸形和智力低下,常见临床特征有,头小、毛发稀而细、眼距宽、耳位低、短颈、鼻塌而短、外生殖器发育不良、腭裂、肌张低下或亢进、颠痫、通贯掌、肛门闭锁、身材矮小、发育迟缓、眼裂小、发际低、持续性新生儿黄疸及明显的青斑、眼睑下垂心脏畸形、肾脏畸形、虹膜或视网膜缺损等。染色体检查可发现有21-三体综合征等异常。

7.5 性情异常者

身材高大、性情凶猛和有攻击性行为的男性,有些可能为性染色体异常者。如XYY综合征,染色体检查表现为比正常男性多一条Y染色体,染色体核型表现为47,XYY。患者多数表型正常,即健康情况良好,常有生育能力,但子代男性中同样为47,XYY的机会大于正常人群。该病的发病率占一般男性人群的1/750。男性如出现身材修长、四肢细长、阴茎小、睾丸发不发育和精液中无精子者,有时还可以伴有智力异常,应通过染色体检查确定是否患有可氏综合症,该病患者比正常男性多一条X染色体,染色体核型表现为原`原47,XXY。其发病率在一般男性中为1/800,在男性精神发育不全者中为1%,而在男性不孕者中可高达1/10。

7.6 接触过有害物质者

辐射、化学药物病毒等可以引起染色体的断裂,如果染色体裂后原来的片段未在原来的位置上重接,将形成各种结构异常的染色体,如缺失、易位、倒位、重复、环形染色体等,这些畸变如发生在体细胞可以引起一些相应的疾病,例如肿瘤。如畸变发生在生殖细胞就发生遗传效应,殃及子代,可以引起流产、死胎畸形儿

7.7 婚前检查

婚前检查可以发现表型正常的异常染色体携带者,如染色体平衡易位、倒位,染色体的平衡易位和倒位由于基因不丢失而表型正常,但极易引起流产、畸胎、死胎,盲目保胎会引起畸形儿的出生率增加。婚前检查还可以发现表形基本正常,但性染色体异常者,这些患者可表现为性功能障碍、无生育能力等。因此,婚前检查对优生优育有着重要的意义。

7.8 白血病及其它肿瘤患者

白血病及其它肿瘤时出现的染色体异常可使血细胞癌基因表达,使血细胞无控制的恶性生长。不同的白血病常有各自的特征性染色体异常,因此染色体检查有助于白血病的诊断和预后判定。

1.慢性粒细胞白血病:Ph染色体是其标记染色体,由9号和22号染色体部份片段相互易位形成的。Ph染色体的出现为慢性粒细胞白血病的确诊指标,治疗过程中Ph染色体的出现或消失,还可作为疗效和愈后的参考指标。

2.急性非淋巴细胞白血病:染色体改变主要为8号和21号染色体相互易位,以及15号和17号染色体相互易位,形成4条异常染色体,并且增加一条12号染色体。

3.急淋巴细胞白血病:染色体检查可发现8号和14号染色体相互易位,4号和11号染色体相互易位,9号和22号染色体相互易位形成的6条异常染色体并增加一条21号染色体。

8 染色体医学检查

常用的正常和异常染色体的命名、缩写和符号(ISCN,1978)如下:

A~G成     染色体组;

1~22      常染色体序号;

X,Y      性染色体;

/         用于分开嵌合体不同的细胞系;

+,二     放在常染色体号或组的符号之前时,表示整个染色体的增加或丢失;放在染色体壁、结构或其它符号之后时,表示染色体长度的增加或减少;

?        染色体结构不明或有疑问,?应放在染色体组或号之前;

:        表示断裂;

∷    断裂和连接;

;        从几个染色体结构重排中,分开染色体和染色体区;

→        从……到……;

ace       无着丝粒断片;

cen       着丝粒;

chi       异源嵌合体;

ct        染色单体;

del        缺失;

der       衍生染色体;

dic        双着丝粒;

dup       重复;

end       内复制

g         裂隙

h         次缢痕;

i         等臂染色体

ins       插入;

inv       倒位;

inv ins   倒位插入;

inv(p-q+) /inv(p+q-)  臂间倒位;

mar    &

8.1 染色体正常值

男性:46,XY;

女性:46,XX。

8.2 染色体临床意义

8.2.1 1、性染色体数目和形态异常

(1)X染色体缺失 特纳(Turner)综合征:45,X染色体为45个,只有1个X染色体。表型为女性,但性腺发育不全,第二性征发育延迟或发育不全。个短小,耳畸形低位、高腭、小颌、后发际低、短颈、有颈蹼、盾状胸、乳距宽、肘外翻及智力可能有轻度缺陷等。

尚有核型为45,X/46,XX嵌合体;X染色体长臂缺失;X染色体短臂缺失;X染色体长、短臂均缺失;环状X染色体;X染色体长臂等臂染色体及X染色体与常染色体易位等亦可能有轻重不同的Turner氏综合征表现。

(2)X染色体过多 47,XXX 48,XXXX 49,XXXXX及它们与正常染色体组成的嵌合体。表型多为女性,有的有性腺发育不全,也有无明显异常且有生育能力。

(3)Y染色体过多和异常 克林费尔特(Klinefelter)综合征;47,XXY 患者为男性,多半身材高大,具小而硬的睾丸,精子缺乏,多有乳房发育,呈女性体型,体毛稀小,臂和腿较长和智力可能迟钝。

47,XYY核型较上为少见,患者为男性,多半身材高大,受寻衅,智力较差,可能有精神病和违法行为,亦有相当一部分人没有临床上的异常表现。

(4)两性畸形 真两性畸形患者既有睾丸又有卵巢组织。其体态,第二性征及外生殖器等似女又似男。其染色体核型大多是46,XX,少数偶可为46,XY或为46,XX/46,XY、45、X/46,XY等的嵌合体。

睾丸女性化综合征患者的外貌为正常的女性,但有XY染色体和睾丸组织。在XY性腺发育不全患者中,其性腺和第二性征往往与特纳氏综合征一样发育不全。

8.2.2 2、常染色体数目及形态异常

DOWwn综合征(先天愚型):典型的21三体综合征,有47个染色体,多1个21号染色体,为常染色体异常中最多见的一种核型。高龄产妇所生的婴儿中发生率较高。患者有明显的痴呆和外观、手掌、皮纹等多种特殊貌,患儿易感染且易患白血病,多数难活至成年。

21与21,21与22,21与14等罗伯逊易位以及21三体与正常核嵌合型均可有轻重不等的先天愚型表现。

优生学之任务是改善人口素质。开展产前诊断,进行遗传咨询,及早发现21三体综合征等遗传性疾病有重要的意义。

Edwad综合征系18三体综合征,患儿有47个染色体,多1个18号染色体,于新生儿中的发生率约为1/4,500,多在分娩时或产后即死亡。有多种畸形。

Patar综合征系13三体综合征,有47个染色体,多1个D组的13号染色体,发生率大约为4/10万,有多种畸形,多见于流产、早产儿或生后不久死亡的新生儿。

此外在新生儿或流产中偶见8号三体、9号三体、22号三体综合征及双三体(即在同1个个体中有两种三体,例如:既有21三体又有X三体)。其余各对之三体十分罕见,往往只在自然流产中见到。

常染色体的缺失多为致死性,极少能存活。偶见21单体、13单体和22单体的报道。

8.2.3 3.常染色体结构异常

主要类型有:部位臂缺失;部分臂重复及各种各样的易位……等。

(1)5P-综合症:因患儿哭声似猫叫故亦称“猫叫综合征”,在其5号染色体上短臂部分缺失。有头小、眼距宽、眼裂外侧下倾、耳位低,通贯手等多种畸形,约一半患者有先天性心脏病,智力低下,生活能力差,常早亡。

(2)4P-综合征:类似5P-综合症,但常更为加重,还可呈尿道下裂,腭裂、严重的精神运动障碍癫痫发作等,属少见病例。

(3)18P-综合征偶有成活者。

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