眾所周知，人類生殖問題由多種原因引起，DNA變異被認為是影響母胎健康的主要因素。近些年有研究顯示哺乳動物的繁衍也受一些基因組印記因素的影響。基因組印記（Genomic imprinting），又稱遺傳印記，是一種表觀遺傳（Epigenetics）現象。這類印記基因約佔基因組基因的1%，它不同於經典的孟德爾遺傳，它的表達是由染色體親本來源所決定的，且為單等位基因表達。
今年2月，Miriam 等在Human Reproduction Update雜誌上發表了一篇題為「Disturbed genomic imprinting and its relevance for human reproduction: causes and clinical consequences」的綜述，詳細闡述了基因組印記對人類生殖產生的影響。
1. 什麼是基因組印記？與人類生殖有什麼聯繫？
2. 印記疾病的致病機制是什麼？
3. 印記疾病的臨床特徵，挑戰與意義？
4. PGT是否可以幫助印記疾病家系生育健康下一代？
今天小編將為大家簡單梳理一下這些問題。
基因組印記是指在不改變基因組序列的基礎上而達到對特定基因的表達進行調控的一種表觀遺傳學現象。
目前主要的表觀遺傳標記包括位於差異甲基化區域（DMR）的CpG島中胞嘧啶的甲基化，非編碼RNA幹擾與組蛋白修飾。
基因組印記的分子機制尚未完全明確，目前研究較為普遍的是DMR的甲基化。其機制主要是子代細胞通過識別親本來源的表觀遺傳標記，選擇母源或父源的單等位基因表達。如在胚胎中，父源等位基因被印記,其轉錄被抑制,僅表達母源等位基因，即稱為父源印記；而母源等位基因被印記後,僅表達父源等位基因,稱為母源印記。
甲基化印記在配子形成和早期胚胎發育過程中的生命周期
基因組甲基化不只局限於印記基因，而基因組印記建立於配子形成過程中，並持續到出生後。在形成配子時，上一代的甲基化印記被清除並重新建立新的與親本的性別相關的印記，最終雌性配子僅遺傳母源印記，雄性配子僅遺傳父源印記（見Fig.1A）；受精後，為適應胚胎的早期發育，配子的甲基化再次被去除，而DMRs不受此影響，因此保留了兩個親本的甲基化印記（見Fig.1B）；胚胎移植後，胚胎基因組甲基化再次被恢復，但DMRs中未甲基化的等位基因也不會再被重新甲基化，以保證母源或父源的單等位基因表達。
Fig.1：甲基化印記在配子形成和早期胚胎發育過程中的生命周期
A．B. 在早期原始生殖細胞(PGCs)中，包括DNA甲基化在內的表觀遺傳標記被抹除；隨後依據親本的性別在配子中重新建立。受精後，這些標記以組織和特異性異構體的方式保存在印記部位。C.母源效應因子複合體：沉澱在細胞質中，對印記的維持至關重要，是卵裂期胚胎發育和母體到受精卵過渡的先決條件
目前認為印記基因引起的印記疾病與四種分子致病機制相關（見Fig.2）(Soellner et al., 2017a)，包括印記基因及其調控區域的序列和結構變化(如CNVs和SNVs)、單親二倍體(UPD)及表觀突變。
Fig .2 基因印記疾病和四種分子機制
A：實色填充的矩形塊的為非印記基因，不受親本性別限制而影響其表達量；條紋填充的矩形塊為母源等位基因表達（父源等位基因甲基化）；散點填充的矩形塊則反之。紅色：母源；藍色：父源；箭頭：基因表達；數字：基因表達量；實心圓：甲基化；空心圓：未甲基化。B：在母源UPD情況下，母源表達基因雙倍表達，父源表達基因不表達或表達量下降；父源表達基因缺失情況下（與母源UPD相同），父源表達基因不表達或表達量下降；表觀突變情況下，父源表達的基因高甲基化水平而不表達或表達量下降；父源表達基因點突變情況下，父源表達同樣不表達或表達量下降。
注意：上圖僅為印記基因表達機制的典型示例，印記基因在體內的表達機制更為複雜（例如：DNA甲基化並不一定導致基因完全沉默，基因的表達也並非開和關的狀態）。印記基因的正常表達一般為半合子狀態，因基因功能的不同，基因表達劑量的上調或下調成為致病機制的原因。
拷貝數(CNVs)和單核苷酸變異(SNVs)的遺傳遵循孟德爾遺傳規律，但子代的臨床表型由於傳遞變異的親本性別不同（父源或母源）而存在差異。即印記基因若為父源印記，子代只有遺傳母源的基因變異，才可表現為致病的臨床症狀；若為母源印記，子代只有遺傳父源的基因變異，才可表現為致病的臨床症狀。
單親二倍體（UPD）即由於在減數或有絲分裂過程中染色體不分離導致子代同源染色體或染色體區域的兩個拷貝均遺傳自同一親本，包括單親同二體型和單親異二體型兩種亞型。若該區段包含的印記基因為另一親本負責轉錄表達時，單親二倍體等同於另一親本該印記基因缺失而導致相關印記疾病的發生。
表觀突變是指在不改變DNA序列條件下，DNA表觀修飾發生改變從而引起基因表達沉默或沉默基因轉錄表達的變異。從而對單親性表達的印記基因的表達造成幹擾，引發印記疾病的產生。對在沒有任何DNA序列改變的情況下自發發生的表觀突變稱為原發性表觀突變；由於DMR的順式（DMR本身變異）或反式（作用於DMR的因子發生變異）作用而發生的稱為繼發性表觀突變(Horsthemke, 2010)。
多位點印記紊亂(MLID)與母源效應因子複合物（SCMC）
多位點印記紊亂(MLID)不同於單等位印記基因相關的「經典」印記疾病，MLID受基因組內的多個印記位點的共同幹擾，且其遺傳變異多為反式作用。MLID對於體細胞影響表現為嵌合狀態，表明可能發生於胚胎的早期階段。由於已發現印記基因有限，臨床診斷不明確以及嵌合比例低或存在於難以進行分子檢測的組織中，目前MLID的真實發病率未知且被低估。
母源效應因子複合物（SCMC）是位於哺乳動物成熟卵細胞邊緣的一個多聚體蛋白複合物。不同的SCMC(見Table 1)在卵母細胞和早期胚胎發育中發揮不同功能，包括影響卵母細胞減數分裂中紡錘體形成和受精卵的表觀遺傳重編程，推測SCMC相關變異可能引起胚胎非整倍體並紊亂子代印記（Bebbere et al., 2016）。有研究顯示約50%的MLID患者母親攜帶SCMC相關致病變異，且存在復發性流產和葡萄胎等不良妊娠史(Caliebe et al.,2014; Docherty et al., 2015; Soellner et al., 2017;Begemann et al., 2018)。
Table 1 已鑑定的母源效應因子基因及其相關臨床表現
NA：未評估；NR:未報導；hom：純合；het：雜合；comphet：複合雜合；臨床表型縮寫詳見table2；*表示僅做白細胞DNA分析。
大多數印記疾病患者家族史為陰性，未發現異常表觀遺傳變異及其疾病的偶發性，推測環境因素可能與印記紊亂機制相關。胚胎移植前後是重建表觀遺傳修飾的關鍵階段，易受母親的營養和代謝狀況、藥物和內分泌物等環境因素的影響，因此可能增加印記疾病風險（Lazaraviciute et al.，2015）。由於導致印記疾病的遺傳因素和環境因素很難區分，印記疾病與環境、輔助生殖技術等因素之間的相關性還有待進一步研究。
基因組印記遍布基因組，例如在人基因組中約有100多個印記基因，成簇時形成染色體印記區，連鎖時會有不同的印記效應。
印記基因的分子紊亂可能會嚴重影響攜帶者的終身健康。已鑑定到有相同潛在分子機制及重疊或相反的表型為特徵的12種印記疾病（見Table 2）。印記疾病常見的臨床症狀包括生長異常、代謝和內分泌紊亂、餵養困難、智力落後等。其許多臨床特徵可出現在產前、幼兒期或幾乎持續至成年期。
Table 2 12種印記疾病致病分子機制及臨床表現
IUGR：宮內發育遲緩；, PNGR：產後生長遲緩；PTH：甲狀旁腺激素；LOM：甲基化缺失；GOM：獲得性甲基化。
雖然這些印記疾病多數具有一些特定的分子致病機制，但其同時具有較強的臨床異質性，而導致一些病例中分子診斷與臨床診斷不一致；MLID患者通常呈現「典型」的印記疾病表型，但部分患者則表現為不同印記疾病的混合症狀等，使得疾病診斷複雜化。對此，可參考一些已出版的印記疾病共識指南，為患者提供臨床建議(Wakeling et al., 2017; Brioude et al., 2018; Mantovani et al., 2018)。
印記疾病由於遺傳異質性和嵌合現象的存在，其分子檢測結果為陰性時，並不排除潛在的表觀變異的存在。因此在產前診斷中應更側重臨床症狀的診斷（如超聲結果）並將分子診斷作為疾病確診的輔助手段。目前尚不清楚輔助生殖中印記紊亂的發生歸因於父母生育障礙還是輔助生殖流程本身，因此需要在夫婦進行輔助生育諮詢時予以知情。SCMC組分的母源效應突變與包括葡萄胎在內的流產的關係已在文中Table 1詳細描述，最近的研究表明攜帶這些母源效應突變的母親也存在生育印記疾病患兒的風險。因此需對病因進行分子和臨床症狀精準的聯合診斷，以預測妊娠結果及採取必要的生殖管理。
目前對於致病機制較為明確的印記基因拷貝數(CNVs)和單核苷酸變異(SNVs)以及某些單親二倍體（羅氏易位導致的UPD）引起的印記基因疾病可在明確家系遺傳關係後通過PGT技術進行阻斷。如由染色體15q11-q13微缺失引起的PWS/AS疾病，UBE3A基因突變引起的AS等（Table 2）。
那麼如何通過PGT技術阻斷印記疾病呢？下文通過嘉寶仁和自主研發的PGT檢測技術（S-PGD™️）對患有Schaaf-Yang症候群家系篩選正常胚胎的實例展示：通過PGT技術可阻斷印記基因疾病並獲得健康寶寶。
PGT阻斷Schaaf-Yang 症候群(SYS)實例
夫婦體健，非近親結婚，夫婦有兩次不良生育史，兩胎嬰兒出生後均出現皮膚青紫，肌張力低下，反應差，聲帶麻痺等症狀，臨床擬診先天性喉軟骨發育不良、新生兒肺炎、先心病、新生兒腦病。第二胎女嬰基因檢測提示位於15號染色體（15q11.2）的MAGEL2基因（OMIM: 605283）1號外顯子c.1912C>T, p.Gln638* 雜合變異。進一步家系分子遺傳學檢測發現，患兒母親未見異常，患兒父親有和女兒相同的雜合變異（MAGEL2 EX1:c.1912C>T, p.Gln638* Het），但表型正常。綜合家庭病史，實驗室檢查和分子遺傳學檢測結果，診斷為根據患兒病史、實驗室檢查和分子遺傳學檢測結果，診斷為Schaaf-Yang症候群。
MAGEL2是Schaaf–Yang症候群的致病基因，呈常染色體顯性遺傳。Schaaf–Yang症候群是一種多系統疾病，常見症狀包括患兒運動發育遲緩、智力發育遲緩、癲癇、特殊面容、肌張力低下、性腺機能低下、睡眠呼吸暫停等。患病嬰兒呼吸困難。這種疾病臨床表現嚴重程度高度可變，一些患者可能死於胎兒無力症，而另一些患者可能患有中度殘疾。MAGEL2是母源印記基因，當來自父親的MAGEL2基因發生致病突變，其攜帶該突變的子代會發病。
胚胎1和胚胎3均攜帶致病變異。胚胎2和胚胎4均不攜帶致病突變，但胚胎4的6號染色體存在一個36.28Mb的重複，胚胎2的染色體拷貝數正常。
由此可見，胚胎2不攜帶MAGEL2基因變異位點，同時染色體拷貝數未見異常，可優先考慮。
最終PGT夫婦選擇移植胚胎2，正常妊娠，產前診斷結果一致，新生兒出生隨訪均正常。
Reference:
[1] Miriam et al., Disturbed genomic imprinting and its relevance for human reproduction:causes and clinical consequences[J] Hum Reprod Update. 2020 Feb 28;26(2):197-213.
[2] 陳雪菲, 宋葉梅, 鄒朝春. MAGEL2基因新發變異致Schaaf-Yang症候群一例[J]. 中華兒科雜誌, 2019, 57(2):155-157.
[3]衛雅蓉, 郭冰冰, 丁揚. Schaaf-Yang症候群1例[J]. 中華實用兒科臨床雜誌, 2018, 33(020):1590-1591.
[4] 中華醫學會兒科學分會內分泌遺傳代謝學組, 《中華兒科雜誌》編輯委員會. 中國Prader-Willi症候群診治專家共識(2015)[J]. 中華兒科雜誌, 2015, 53(006):419-424.