現(xiàn)代科技綜述知識文庫：人精子染色體

1、現(xiàn)代科技綜述系列人精子染色體科技是人類區(qū)別于動物的重要文明之一，是人類對自然規(guī)律研究和利用的學(xué)科。本文提供對科技基本概念“人精子染色體”的解讀，以供大家了解。人精子染色體精子是雄性生殖細(xì)胞系發(fā)育的終端產(chǎn)物，只有精子攜帶的遺傳物質(zhì)通過受精傳遞給子代，既有遺傳物質(zhì)損傷又有授精能力的精子形成異常個體的危險性更高；精子在形成變形過程中，伴有細(xì)胞質(zhì)的脫逸，胞漿中的DNA修復(fù)酶丟失，DNA損傷與修復(fù)系統(tǒng)的機能喪失，使生精過程中無論哪個環(huán)節(jié)DNA受到損傷，都未加修復(fù)而蓄積于精子內(nèi)。因此，人類男性配子遺傳學(xué)分析最理想的研究方法是對人精子染色體的直接分析。6070年代對受精生理的研究表明，哺乳動物包括人的精子染

2、色體分析只有在精子進入卵細(xì)胞內(nèi)復(fù)制縮合形成原核染色體之后第一卵裂(有絲分裂)期才能進行。因為，經(jīng)過兩次減數(shù)分裂后，染色質(zhì)濃縮因子的作用使精子染色質(zhì)高度濃縮于頭部，顯示均勻一致的結(jié)構(gòu)；只有進入卵內(nèi)的精子核，在卵胞漿內(nèi)“精子核染色質(zhì)去濃縮因子”的誘導(dǎo)下，在卵胞漿環(huán)境中能重新激活精子頭腫脹、膨大，核膜破裂、消失，染色質(zhì)去濃縮、解凝聚、散開，周圍出現(xiàn)新的核膜，形成雄性原核；在開始進入第一次卵裂時染色質(zhì)復(fù)制、縮合、DNA重新螺旋化、褶疊濃縮形成染色體。所以，獲得可供分析的人精子染色體必須是在卵細(xì)胞存在的系統(tǒng)中才有可能。然而，要獲得大量的人卵細(xì)胞是極為困難的。19701976年一些科學(xué)家試圖利用離體培養(yǎng)的

3、體細(xì)胞與人精子通過自發(fā)、溶血卵磷脂、仙臺病毒等進行細(xì)胞融合來激活精子核，誘導(dǎo)精子染色體形成，但均未成功。1976年亞納吉馬奇(RYanagimachi)發(fā)現(xiàn)去除透明帶的卵細(xì)胞，其受精的種屬特異性立即消失，表現(xiàn)對異種精子的接受能力，成功地建立了人精子與去透明帶倉鼠卵異種體外受精的實驗方法，證實在異種受精中進入倉鼠卵內(nèi)的人精子所經(jīng)歷的變化，同于同種受精早期的變化過程。在此基礎(chǔ)上，1978年魯達克(ERudak)首先成功地在人精子與倉鼠卵受精后阻斷核融合和紡錘絲形成，獲得了清晰的、可在光鏡下觀察的人精子單倍體。80年代初的研究主要集中于攻克方法學(xué)技術(shù)難關(guān)，直到馬丁(RHMartin，1982、198

4、3)才對方法學(xué)作了較詳細(xì)的報導(dǎo)，布拉德里夫(BFBrandriff)和上口勇次郎在1984年也報導(dǎo)了經(jīng)改良后的方法。其主要的改進有：(1)應(yīng)用鈣離子載體建立在短時間內(nèi)獲得可靠授精能力的精子充分獲能系統(tǒng)；(2)采用F10培基和所用血清及白蛋白的濃度和質(zhì)量建立可靠的培養(yǎng)系統(tǒng)；(3)使用鬼臼脂素和長春花堿及秋水仙胺建立核融合和紡錘絲形成的有絲分裂完全阻斷系統(tǒng)；(4)采用分步固定溫濕氣干法建立防止卵膜破裂時染色體散失、斷裂或微小斷片丟失，得到核型分散良好的制片方法。通過技術(shù)改進，建立了穩(wěn)定的實驗程序和操作步驟，染色體分析的成功率和數(shù)目明顯增高。80年代中期以來，精子染色體分析與精液常規(guī)、精液中生殖細(xì)胞

5、減數(shù)分裂染色體、授精能力、外周血淋巴細(xì)胞染色體、透射和掃描電鏡等方法相結(jié)合共同分析，特別是應(yīng)用Q、C、G顯帶質(zhì)量的提高，取得了滿意的分析結(jié)果。人精子染色體自發(fā)的結(jié)構(gòu)和數(shù)目畸變率均值在6%16%和1%4%，畸變率在不同個體間具有顯著差異，結(jié)構(gòu)異常明顯高于數(shù)目異常，以斷裂和斷片為主(60%80%)。斷裂點能定位在各自的特定染色體上，并在24條染色體中非隨機分布，個別染色體涉及大量不同的斷裂點，9號染色體發(fā)生大量斷裂，Y染色體未發(fā)現(xiàn)斷裂，某些染色體近著絲粒的帶內(nèi)出現(xiàn)斷裂簇。非整倍體在各組均可出現(xiàn)，各種重復(fù)出現(xiàn)的三體頻率有很大不同，已觀察到流產(chǎn)中未見過的額外1號染色體。不分離觀察值與預(yù)期值相比，G組約

6、高2倍，9號和性染色體超單倍體顯著增加；亞單倍體在A、B、C組明顯減少，E和G組明顯增加，1、2、3、4、9號明顯減少18、21、22號明顯增加，顯示較小染色體更易丟失。表明所有染色體可產(chǎn)生不分離，大多數(shù)常染色體的不分離率是相同的。確定各號染色體不分離發(fā)生率，可幫助了解染色體異常胚胎的存活機理。馬丁(1986)首次通過在體實驗對人精子染色體誘發(fā)畸變進行了觀察，13例睪丸腫瘤病人放療12、24、36個月，畸變率明顯升高，提示放療引起的染色體丟失比不分離更敏感，睪丸吸收劑量與畸變率呈明顯正相關(guān)。吉納斯卡(AGenesca，1987，1990)對218a前接受過放療和或化療患者的精子和淋巴細(xì)胞染色體

7、分析顯示：畸變率精子明顯高于淋巴細(xì)胞，提示放療和化療對人精子有長期損害作用，并產(chǎn)生遠(yuǎn)期效應(yīng)。輻射和化學(xué)致斷劑損傷人精子染色體在離體實驗中也得到了證實。對健康男性精子體外用X線照射，授精率未見改變，而精子染色體畸變率(%)明顯升高，照射劑量與結(jié)構(gòu)畸變率呈明顯的線性關(guān)系，提示具有DNA損傷的精子不被淘汰，形成染色體異常胚胎的風(fēng)險更大。用化學(xué)致斷劑平陽霉素在體外處理人精子，誘發(fā)的精子染色體畸變率明顯升高，存在明顯的劑量依賴關(guān)系。在電離輻射氚射線和甲基磺酸甲酯對人精子體外作用的研究中，也均得到染色體異常明顯升高的結(jié)果。保持在細(xì)胞內(nèi)而與減數(shù)分裂過程中產(chǎn)生的繼發(fā)畸變無關(guān)的染色體穩(wěn)定畸變不隨時間延長而消失。

8、分析這些體細(xì)胞染色體具有穩(wěn)定畸變的攜帶者精子染色體，使精子染色體研究工作提高到新的高度，已有倒位、額外標(biāo)記染色體、脆性部位、47，XYY、易位的分析報告。易位分析可深入了解減數(shù)分裂的分離，在分析的所有易位中，分離的所有理論類型都已見到，即鄰位1和2、31及40；鄰位1分離占不平衡精子大多數(shù)，且在所有例子中均可見到；后3種分離所見甚少，且并非見于所有易位中；約50%的精子是平衡的，其中正常及平衡組份各占一半(11)，不平衡在不同類型易位有所不同，其變動范圍在19%77%；顯示減數(shù)分裂的分離并非隨機，不同類型的易位產(chǎn)生不同頻率的不平衡。羅伯遜易位中t(13；14)攜帶者，正常和平衡染色體組(占73

9、%923%)明顯高于不平衡染色體組(占27%77%)，不平衡率低于相互易位攜帶者的不平衡率；發(fā)生稀少的t(13；15)不平衡率也低，為104%。47，XYY分析，性染色體未見異常，各染色體組均含有1個性染色體，表明47，XYY男性可形成正常的23，X和23，Y精子，不增加次級不分離和染色體間影響而造成的非整倍體后代風(fēng)險。所有染色體脆性部位都被認(rèn)為是遺傳的，并是對受害者子代產(chǎn)生影響的一個危險因素。脆性部位攜帶者的子代中常發(fā)現(xiàn)有非整倍體和原發(fā)性結(jié)構(gòu)重排的改變，但這些重排中的斷裂點與其父母表達的脆性部位并不一致，精子染色體損傷和脆性部位表達的符合率為833%，精子染色體表達的脆性部位中有867%在淋

10、巴細(xì)胞中表達，133%在父母淋巴細(xì)胞中表達，67%只在母親淋巴細(xì)胞中表達；精子脆性部位表達為833%，且是非隨機發(fā)生的，高比例具有無著絲粒斷片(在畸變中占50%以上)的精子將導(dǎo)致丟失或發(fā)生結(jié)構(gòu)重排。癌細(xì)胞及涉及結(jié)構(gòu)重排的染色體斷裂點，與脆性部位之間有著重要聯(lián)系，斷裂點與脆性部位的一致率，在涉及結(jié)構(gòu)倒位和易位中為353%436%，在精子所表達的重排中為419%；脆性部位顯帶上斷裂點預(yù)期值為279%349%，57%86%的脆性部位位于G陰性顯帶內(nèi)；精子染色體中涉及結(jié)構(gòu)重排是5、8、9號，其次是1、10、11、12、14號染色體；重排中346%與脆性部位顯帶相一致。精子染色體分析可為人們關(guān)心的問題提

11、供特有資料：精子組成中X精子(52%596%)多于Y精子(48%404%)，表明減數(shù)分裂產(chǎn)生X精子多或X精子更易發(fā)生異種受精；分析高、低活力精子的染色體異常頻率無顯著差異，表明高活力精子同樣可攜帶異常染色體，且與正常精子受精機會相等；分析冷凍保存前后的人精子，其染色體畸變和XY精子比率均無顯著差異，表明冷凍保存對精子染色體和性比無影響；生殖生物工程的迅猛發(fā)展，對認(rèn)識染色體損傷和遺傳物質(zhì)改變的影響，提出了愈來愈緊迫的需要。精子染色體分析方法建立以來，只有2030個實驗室公布了各自結(jié)果，從整體水平講，發(fā)展較緩慢的，其主要問題在于建立異種體外受精系統(tǒng)涉及所需的動物、藥品、儀器設(shè)備條件和培養(yǎng)、顯微操作

12、等方法學(xué)技術(shù)本身的難度和研究工作的深入需要受精生物學(xué)、發(fā)育生物學(xué)與配子遺傳學(xué)、遺傳毒理學(xué)相結(jié)合的實驗室條件、人員力量和理論知識?；卮鹁尤旧w的各種發(fā)生頻率，必須建立在足夠多的樣本分析基礎(chǔ)上，因此，首先應(yīng)積累資料。在此基礎(chǔ)上，進行精子染色體自然發(fā)生率與人種、家族、年齡、職業(yè)、地區(qū)、嗜好品、醫(yī)藥品、環(huán)境污染等因素之間的流行病學(xué)研究；物理和化學(xué)誘變原產(chǎn)生的誘發(fā)畸變和誘變能力的離體實驗研究；對化療、放療、不育患者和各種治療手段所產(chǎn)生的誘發(fā)畸變和誘變特性的在體臨床研究，并由小劑量長期刺激取代急性大劑量研究；各種染色體異常攜帶者的深入研究，作用于生育環(huán)節(jié)的避孕和抗生育藥物的安全性研究；認(rèn)識精子染色體與自然流產(chǎn)、畸胎、死胎、出生缺陷、先天遺傳受累等效應(yīng)的關(guān)系及規(guī)律。這些研究工作有賴于常規(guī)顯帶和專門顯帶質(zhì)量的提高，并應(yīng)建立高分辨顯帶技術(shù)。此外，已取得的成果只是染色體水平的工作，對