可见,子代中男性1/2发病,1/2正常;女性中1/2发病,1/2正常。
表2 男性患者与正常女性婚配子代复发风险
正常女性(XX)产生配子 Xa aaa男 性 患 者(XAY)产 生 的 配 子 XA XAXa (女性杂合患者) AaY XaY (正常男性) XaY(正常男性) XX (女性杂合患者) X 可见,子代中男性全部正常,女性发病。 母亲。男患者的致病基因传给女儿,不存在男传男的现象。
从上例分析可以看出,男患者的女儿全部发病,儿子全部正常。男患者的致病基因来自
三、XD的遗传特征
⒈人群中女性患者约比男性患者多一倍,女性患者的病情较轻。 ⒉患者的双亲必有一方是患者。
⒊男患者的女儿全部为患者,儿子全部正常。 ⒋女性患者(杂合子)的子女各有一半是患者。 ⒌系谱中可看到连续传递现象。
第四节X伴性隐性遗传
(X-linked recessive inheritance, XR)
X伴性隐性遗传(X-linked recessive inheritance, XR):决定某种性状或疾病的基因位于X染色体上,且为隐性基因,其遗传方式为X伴性隐性遗传。
一、X伴性隐性遗传举例
Duchenne型肌营养不良(Duchenne muscular dystrophy,DMD):又称假肥大性肌营养不良,主要男性发病,患儿的肌膜透过性增强,肌肉中的一些酶漏至血液中,因此引起肌肉变性。
⒈症状:患儿多于4~5岁发病,主要影响腰带及臀部肌群。造成患者站立时腰椎过度前凸,行走摇摆不定,自仰卧位站立时,必须先翻身俯卧,以手、膝支地,在上肢帮助下使下肢直立,然后用手撑起躯干(Gowers征)。后期患儿双侧腓肠肌假性肥大,此时,肌组织已被结缔组织所代替,并有脂肪组织浸润,所以无力,发病至10年左右,常常卧床不起,多于20岁以前死于呼吸肌麻痹。
⒉遗传基础:
(1)DMD基因是迄今为止所发现的最大基因之一,估计长度为2300kb,占整条X染色体的1.5%,基因包括70个外显子,编码dystrophin蛋白质400kD。分布于骨骼肌、心肌、和脑组织中。对维持肌细胞膜的结构及脑细胞的记忆有重要作用。
(2)DMD基因突变主要是缺失引起(60~70%),其余还有重复、点突变等。
二、婚配类型和子代发病风险
⒈女性杂合子与正常男性婚配:XR遗传病临床上最常见携带者女性与正常男性婚配子代出生患儿。这种情况下子代男性1/2的可能发病,女儿有1/2的可能为携带者。
携带者女性(XAXa) 产生的配子类型 X Xa A正常男性(XAY)产生配子类型 XA XX XAXa AAY XY XaY A
⒉男性患者与正常女性婚配:这种情况下所生儿子全部正常,所生女儿全部为杂合子。
携带者女性(XAXA) 产生的配子类型 XA XA 正常男性(XaY)产生配子类型 X XAXa XAXa aY XAY XAY 三、XR遗传病的遗传特征
⒈人群中男性患者多于女性患者,系谱中往往只有男性患者。
⒉双亲无病时,儿子可能发病,女儿不会发病。儿子如果发病,母亲是肯定是携带者。则女儿有1/2的可能为携带者。
⒊男性患者的兄弟、外祖父、舅父、姨表兄弟、外甥、外孙可能发病。 ⒋女性患者的父亲肯定是患者,母亲是肯定是携带者。
第五节Y连锁遗传(Y-linked inheritance)
Y连锁遗传(Y-linked inheritance):决定某种性状或疾病的基因位于Y染色体上,则这种性状或疾病的遗传方式为Y伴性遗传。
Y伴性遗传的传递规律简单,为全男性遗传。
目前已知的Y伴性遗传的性状或疾病较少,肯定的有H-Y抗原基因、外耳道多毛基因和睾丸决定因子等。
外耳道多毛症:患者青春期外耳道中可长出2~3cm的成丛黑色硬毛,常可伸出耳孔之外,均为男性患者。(图)如一家系系谱。
第二节 影响单基因病分析的几个问题
一、表现度
表现度(expressivity):是基因在个体中的表现程度。或具有同一基因型的不同个体或同一个体的不同部位,所表现的程度可有显著的差异。不同表现度是由于各自遗传背景不同造成的。
遗传背景即细胞中除致病基因之外的其它基因对该基因的影响。
如成骨发育不全症(AD),主要症状是耳聋、蓝色巩膜、骨质脆弱以至于易骨折。在不同个体可以表现度不同。有的个体只表现蓝色巩膜,有的个体可表现蓝色巩膜与耳聋,有的个体除三大症状外还可表现牙齿半透明,指甲发育不全等。
多指也可表现出不同表现度。如手、脚多指(趾)不一,软组织增加和掌骨的增加程度不一等。
二、外显率
外显率(penetrance):是指显性杂合子或隐性纯合子表现相应性状的比例。
如,多指为AD遗传病,即杂合子发病。但若25个杂合子只有20个人表现病症,则外显率为80%。
完全外显:外显率为100%。
不完全外显:外显率低于100%。
不完全外显的原因也是遗传背景造成的。但未表现相应性状的个体基因并未消失,若其后代遗传到该基因仍可表现。不完全外显率可使本该连续传递的疾病出现隔代现象。(图)
三、拟表型
拟表型(phenocopy):由于环境因素的作用使个体的表型恰好与某一特定基因所产生的表型相同或相似,这种由环境因素引起的表型称为拟表型(phenocopy),或表现型模拟。
例如常染色体隐性遗传的先天性聋哑,与由于使用药物(链霉素等)引起的聋哑,都有一个相同的表型,即聋哑。这种由于药物引起的聋哑即为拟表型。显然,拟表型是由于环境因素的影响,并非生殖细胞中基因本身的改变所致,因此,这种聋哑并不遗传给后代。
四、基因的多效性
基因的多效性(pleiotropy):是指一个基因可以决定或影响多个性状。 在个体发育过程中,生理生化过程都是相互联系、相互依赖的。 基因→酶合成→一系列生化反应→新陈代谢→决定性状。
每一基因直接控制一步生化反应,间接影响其他生化过程的正常进行,从而引起其他性状的相应改变。
如半乳糖血症是一种糖代谢异常症,患者既有智能发育不全等神经系统异常,还具有黄疸、腹水、肝硬化等消化系统症状,甚至还可出现白内障。造成这种多效性的原因,是基因产物在机体内复杂代谢的结果。表现为初级效应和次级效应。
初级效应:是基因产物(蛋白质或酶)直接或间接控制和影响了不同组织和器官的代谢功能。
次级效应:即在基因初级效应的基础上引起一系列连锁反应。
例如镰形红细胞贫血症,由于存在异常血红蛋白(HbS)引起红细胞镰变,导致贫血(初级效应),进而使血液粘滞度增加、局部血流停滞、各组织器官的血管梗塞、组织坏死等(次级效应),这是基因多效性的另一原因。
五、遗传异质性
遗传异质性(geneticheterogeneity):是指一种性状可以由多个不同的基因控制。
例如半乳糖血症的基因、苯丙酮尿症的基因、黑?性痴呆基因均可致智能发育不全。但实际上各自都有特异性。如糖原累积症有多种类型,临床上表现相似,每种类型都有各自的基因缺陷。
六、遗传早现
遗传早现(anticipation):是指一些遗传病(通常为显性遗传病)在连续几代的遗传中,发病年龄提前而且病情严重程度增加。
例如遗传性小脑性运动共济失调(Marie型)综合征,是AD遗传病,发病年龄一般为35~40岁,发病早期行走困难,站立时摇摆不定,语言不清,晚期下肢瘫痪。由图4-17可见I139岁发病,Ⅱ2 38岁发病,Ⅲ330岁发病,而Ⅳ123岁就已瘫痪。在许多家系分析中,都可以发现这种遗传早现。图4-17
七、从性遗传
从性遗传(sex-conditioned inheritance):是指位于常染色体上的基因表达有性别的差异。 例如秃顶,症状为成年男性从头前部至头顶中心向周围扩展的进行性对称性脱发。是常染色体显性遗传,人群中男性秃顶明显多于女性。因为杂合子男性表现秃顶;杂合子女性则不表现。
研究表明秃顶基因的表达受雄性激素水平的影响。
八、限性遗传
限性遗传(sex-limited inheritance):是指常染色体上的基因表达有性别限制。
如女性的子宫阴道积水症,男性的前列腺癌等。主要是由于解剖学的性别差异造成。
九、遗传印记
遗传印记(geneticimprinting):来自父方或母方的同源染色体(或等位基因)有功能上的差异,因此所形成的表型也有不同,这种现象称为遗传印记(genetic imprinting)或基因组印记(genomic imprinting)、亲代印记(parental imprinting)。
1980年,Cattanach等发现含两条母源11号染色体小鼠在胚胎期要比正常小鼠小,而含两条父源11号染色体小鼠在胚胎期比正常小鼠大,但是这两种小鼠胚胎均死于发育阶段。这一现象说明,父系基因组与母系基因组分别含有胚胎发育所需要的不同信息,小鼠的胚胎发育需要分别来自雄性和雌性双亲的一整套染色体。
近期的研究表明,父源的遗传信息对维持胎盘和胎膜十分必要,而母源的遗传信息对于受精卵的早期发育是很关键的。
转基因实验证明,一些基因的甲基化及其表达与该基因的亲体来源(经父系传递或母系传递)有关。1984年Swain等将癌基因C-MYC转移到小鼠胚胎中,发现在正常情况下C-MYC在小鼠心肌细胞中表达,但是当该基因由母方传给子代时,则在子代心肌细胞中不表达。1991年Dechiara等将胰岛素样生长因子Ⅱ(1GFⅡ)基因转移到小鼠基因组中,IGFⅡ具有生长激素作用,该基因分为有功能型和无功能型两种,在转基因小鼠子代中,如果有功能型的IGFⅡ来自父方,无功能型的IGFⅡ来自母方,小鼠生长正常,反之,小鼠生长缺陷;IGFⅡ缺陷基因来自父方的杂合个体,它的表型与纯合子的缺陷一样,有生长缺陷;而如果IGFⅡ缺陷基因来自母方,则杂合个体的表型正常。这说明具有功能型的IGFⅡ的基因由父方或是母方传给子代可以产生不同的表型效应。
在人类,由于印记效应,一些单基因遗传病的表现度和外显率也受到突变基因亲代来源的影响。例如Huntington舞蹈病的基因如果经母亲传递,则其子女的发病年龄与母亲的发病年龄一样;如果经父亲传递,则其子女的发病年龄比父亲的发病年龄有所提前,在一些家系中,子女的发病年龄可能提前到20岁左右。但是这种发病年龄提前的父源效应经过一代传递即消失,早发型男性的后代仍然为早发型,而早发型女性的后代的发病年龄并不提前。其他疾病如脊髓小脑性共济失调、强直性肌萎缩和多发性神经纤维瘤等也存在有相似的印记效应。(表4-7)
十、亲缘系数和近亲结婚
(1)亲缘系数(coefficient of relationship):是有共同祖先的两个人在某一位点上具有共同基因的概率。如,子女的某一位点上的等位基因从父母得到的概率各为1/2,亲缘系数为1/2,同胞中的亲缘系数也为1/2,祖孙的亲缘系数也是1/2,叔侄的亲缘系数是1/4,表兄妹的亲缘系数是1/8。(图4-9)
(2)近亲结婚(consanguineous marriage):指两个配偶在几代之内曾有共同的祖先。一般追溯到曾(外曾)祖父母以下的共同祖先。
(3)近亲婚配发病率高。由于近亲配偶有可能从同一祖先得到相同基因,又可能在其子女中达到隐性纯合,导致隐性遗传病的发生。
隐性遗传病的发病率计算:夫妇双方同是携带者的概率×出生患儿的概率
以表兄妹为例:半乳糖血症群体携带者(杂合子)频率为1/150,比较随机婚配与表兄妹婚配的发病风险差异。
随机婚配:1/150×1/150×1/4=1/90000
表兄妹婚配(家庭中无患者):1/150×1/8×1/4=1/4800 两者相差19倍。
隐性遗传病发病率越低,群体中携带者频率越低,随机婚配与近亲婚配出生患儿风险差异越大。
AR遗传病复发风险的估计
⒈ 家族中无患者时发病风险的估计
(1)求知群体携带者频率:可由群体发病率求得。设群体发病率为1/10000。
在常染色体隐性遗传病中,群体发病率即是隐性纯合子频率。患者基因型为aa,a的频率即基因频率设为q,发病率(即aa的频率)即为q2,即q2=1/10000,q=
A的频率为p,在整个群体中,这一对等位基因总频率为1,即p+q=1,则(p+q)=1。展开:(p+q)=p2+2pq +q=1
根据遗传平衡定律,杂合子Aa的频率为2pq。 ∵q很小,∴p≈1,2pq≈2q
即杂合子(携带者)频率近似于基因频率的两倍。此例杂合子Aa的频率为2×1/100=1/50 (2)夫妇二人同为携带者的概率:两人同是携带者的概率即两人分别是携带者概率的乘积:1/50×1/50=1/2500
(3) 计算两人同是携带者出生患儿的概率
对于常染色体隐性遗传病,夫妇二人同是肯定携带者出生患儿的可能性为1/4。 在非肯定携带者时,出生患儿的可能性与是携带者的概率有关。 即1/50×1/50×1/4=1/10000 (4)表兄妹婚配
1/50×1/8×1/4=1/1600
比随机婚配的发病风险增加6.25倍。
⒉ 家族中有患者时发病风险的估计
(1)计算某一个体是携带者的可能性。根据系谱分析。例教材图4-10 Ⅱ2是患者,则其双亲Ⅰ1、Ⅰ2均为肯定携带者。
Ⅱ3、Ⅱ5是携带者的可能性均为2/3。患者的正常同胞2/3可能是携带者。 (2)计算表兄妹夫妇二人同是携带者的可能性 Ⅲ5、Ⅲ6是携带者的可能性为2/31/2=1/3 Ⅲ5、Ⅲ6同为携带者的概率为1/3×1/3=1/9
(3) 表兄妹夫妇出生患儿的概率为
若在Ⅲ5、Ⅲ6尚未结婚或尚未生育进行咨询时,其出生患儿的概率为: 1/3×1/3×1/4=1/36
但他们已出生了患儿(Ⅳ1),证明他们是肯定携带者,若咨询再生一胎是患儿的可能性,则为1/4。
(4)若他们各自随机婚配时,出生患儿的概率则大大降低:
1/3×1/50×1/4=1/600
比表兄妹婚配出生患儿的风险降低了17倍。
2
2
2
十一、延迟显性
延迟显性(delayed dominanace):杂合子的致病基因在达到一定年龄后才表达或表现出临床症状的显性形式称为延迟显性(delayed dominanace)。
例如Huntington舞蹈病常于30--40岁间发病,属于延迟显性的一个例子。 十二、X染色体失活
根据Lyon假说,女性两条X染色体其中一条(随机)发生遗传学失活,即为X染色体失活(X inactivation,Lyonization)。
若一X连锁致病基因携带者的女性,其致病基因位于失活的X染色体上,细胞是正常的;而位于非失活X染色体上,细胞将为突变型。后者将导致“显示杂合子”。
“显示杂合子”(manifesting heterozygote):X伴性隐性遗传的女性杂合子表现出临床症状。如血友病或Duchenne肌营养不良的男性患者的杂合子母亲也可受累。
十三、不完全显性遗传
不完全显性(,incompletedominance):也称为半显性(semidominance)遗传。它是指杂合子Dd的表型介于显性纯合子DD和隐性纯合子dd的表型之间的一种遗传方式。
例如人类对苯硫脲(PTC)的尝味能力就是不完全显性遗传的典型性状。