染色體三體究竟是怎麼造成的？高齡女性21三體的原因是什麼？
產婦年齡的增加與染色體三體之間的關聯，早在50年前就已經被證實，而染色體三體也是導致人類遺傳疾病最重要的病因之一。具體來說，臨床診斷出胎兒染色體三體的比例，在不同年齡段也不一樣，從20+歲的女性（2-3%），一直到40+歲女性（＞30%）不等。因此，當女性打算懷孕時，阻止染色體分離錯誤是成功妊娠的關鍵保障。
機理
儘管三體-年齡的關係在臨床上很早就被證實了，但至今仍不清楚年齡到底是如何影響正常生育的。影響染色體分離錯誤的原因，可能發生在卵母細胞發育的幾個階段:卵巢時期，卵母細胞有絲分裂增殖或減數分裂早期;或在卵母細胞生長和成熟的最後階段，當減數分裂發生時出現。從目前來看，恐怕在每一個階段，都可能會引髮染色體分離錯誤，從而造成三體的形成。
與年齡相關的染色體不分離從而導致三體，會有多種原因導致染色體不分離現象的發生，但可以通過多種預防手段，來降低三體嬰兒的誕生。
介紹:
高齡和染色體三體之間的聯繫，是目前人類遺傳缺陷疾病中，發現得最早的重要危險因素之一。早在1933年，彭羅斯就觀察到唐氏綜合症在老年產婦中更為常見。20世紀60-80年代的研究證實了這些觀察結果，現在很清楚的是，女性年齡的增加，加大了染色體三體的可能性。
幸運的是，這種情況最終可能會改變。對21三體的大規模分析、對人類配子研究的新方法、以及對模型生物的突變分析，已經開始揭示為何會形成染色體三體的過程。在這篇綜述中，將分為四個步驟:
- 回顧卵母細胞的發育階段;
- 總結對染色體形成三體的分析;
- 回顧近年來卵母細胞減數分裂的研究;
- 討論從模型生物的減數分裂分析中，看待造成染色體不分離的原因。
人類卵母細胞的生命週期:一個複雜的旅程
由於卵母細胞的生命週期長而且複雜，因此染色體三體起源於母體也並不奇怪。在卵巢和睾丸中，生殖細胞都會經歷了一段有絲分裂增殖的過程，但是這兩種增殖途徑還是有所不同：睾丸分化開始後不久，雄性生殖細胞會停止增殖並進入長期停滯期；相反，在卵巢中，雌性生殖細胞在妊娠的頭三個月進入減數分裂前期，響應減數分裂特異性誘導物，卵母細胞進入停滯期，直到通過月經來潮後被募集到生長的卵母細胞池中。簡單來說，每個卵巢週期中，總會有一個卵母細胞完成第一個減數分裂（MI），並進入第二個減數分裂（MII）的中期。如果是試管嬰兒（IVF），它將直接完成第二個減數分裂，隨後胚胎開始發育。因此，在女性大約30年的生育年齡中，幾百個卵母細胞都只完成了第一次的減數分裂，而很少能完成了第二次減數分裂。
由於卵母細胞在其一生的大部分時間內都處於前期停滯狀態，因此在這一階段出現的異常往往最有可能是由於年齡變化產生的改變。當然，越來越多的證據表明，第一次減數分裂前的有絲分裂、第二次減數分裂的前期和減數分裂本身也都起到關鍵的作用。
染色體三體的起源：到底是什麼時間和第幾次減數分裂造成的
在80年代後期，許多研究人員利用DNA多態性分析來分析染色體三體患者中，那條多出來的染色體的來源究竟是什麼。二十年來，通過審查了1,500多個案例，發現多數來源於母體減數分裂錯誤，而減數分裂的缺失/重組/改變是研究所有染色體三體成因的重要因素。在染色體三體性的研究中，發現病因來自母體的病例，通常是由母體的MI不分離引起的，並且經常涉及同源染色體之間重組失敗。而13三體綜合症的病因與之類似，所不同的是，母體的MII來源比例更高。
因此研究人員得出結論，認為至少存在三種不同的減數分裂的不分離模式：因母體中心染色體異常導致的三體、因母體MI錯誤或重組失敗導致的三體、因母體MII錯誤或重組失敗導致的三體。這說明可能存在多種染色體不分離的機制，並且可能存在多種機制都與年齡相關並最終導致出現染色體三體的路徑。
至今由於案例數太少，導致無法理清年輕女性和中老年女性的染色體三體的機制區別，但21三體綜合症是一個例外。目前已知關於21三體綜合症的相關機制有：
- 絕大多數21三體病（約95％）起源於母親，通常源於MI的錯誤；
- 母體MI錯誤/重組失敗/合併,通常與染色體遠端的交換有關；
- 母體MII錯誤/重組改變/合併，通常與染色體近端的交換有關相關–當然，這個近端交換可能也有母體MI分離錯誤/重組改變有關
- 父系MI錯誤造成的三體比例極低，因此考慮父系MII才是造成三體的主要原因
這項關於21三體的研究還提供了有關產婦年齡影響生育的相關信息：
- 產婦心梗和MII錯誤會隨產婦年齡增加而增加，這也間接說明了年齡是與不分離機制線性相關。
- 染色體重組的改變與產婦年齡之間的關聯是非線性的，並且在不同類別的重組缺陷之間也有所不同。也就是說，隨著產婦年齡的增長，位於遠端的染色體交換在產婦MI錯誤中的比例下降，而在MII錯誤中的比例反而上升。
- 與重組失敗相關的心梗病例，在年輕的女性（30歲以下）中最高，在30-34歲的女性中有所下降，而在年齡最大的組別中又有上升。雖然這些與年齡相關的重組狀態發生的變化還說不清楚其中的緣由，但至少說明減數分裂重組的改變，與日後造成的三體有關，而且再次證明了染色體三體的發生，是由於多種機制共同造成的結果。
卵母細胞的減數分裂必須告訴我們什麼
上述研究提供了很多間接的證據，證明胎兒的卵母細胞中發生的各種事情，會直接影響MI或MII不分離，但是，目前的客觀因素導致暫時無法驗證這一結論。目前的細胞學研究又提出了一些通用原則：
- 每個人的卵母細胞MLH1基因的數量在個體之間是可變的；但是，卵母細胞比精母細胞具有更多的MLH1基因，而且基因位點的位置表現出性別特異性差異：在男性中，MLH1基因在染色體遠端位點更多見；而在女性中，它們更可能在染色體臂間質中出現。這表明雌性和雄性中減數分裂重組的控制方式不同。
- 減數分裂的基本“規則”適用於男性，就像其他雄性哺乳動物一樣；例如，通常每個染色體臂上至少包含一個MLH1位點，並且當在同一條染色體上觀察到多個病灶時，這些位點會“散開”，這與減數分裂特性一致。
- 然而，與之相反，女性減數分裂的早期似乎沒有受到類似於男性或小鼠那樣的調節。例如，在小鼠和男性中，MLH1位點發生異變通常在狹窄的區段內，而在女性中，MLH1位點發生異變在更寬的區域內。此外，人類的卵母細胞發生異常缺陷的水平比小鼠的要高。因此，減數分裂的早期發生異變的快慢，人類女性比人類雄性或其他哺乳動物顯得更“慢”。
儘管這些研究提供了有關卵子發生的早期突變的基本信息，但它們與染色體不分離有沒有關係？研究人員認為答案是肯定的，特別是異常交叉構型確實存在於胎兒卵母細胞中。例如，16三體被認為與遠端交換有關，但與重組失敗無相關性；而18、21和22三體則被歸於重組失敗。與此相符的是，在胎兒卵母細胞中觀察到16號染色體的MLH1病灶位於遠端，而MLH1病灶位於近端在18、21和22號染色體中更常見。這說明，不同的染色體具有與年齡無關或與年齡相關的不同分離路徑/機制。另外，單個卵母細胞中MLH1病灶的數量可以相差十倍，並指出多達30％的卵母細胞可能由於胎兒卵子發生異變而出現分離。如果具有缺陷的胎兒卵母細胞中的MLH1較低，如果這種卵母細胞繼續生長下去，則會出現染色體分離的現象。
並非所有的調查員都對此有相同的看法。在最近的卵母細胞研究中，認為在21三體的起源，產前篩查其實並不重要。從表面上看，這是一個令人費解的結論，因為大約4％的21三體染色體的“ MLH1缺失”，從而導致染色體不易分離。此外，使用21號染色體熒光原位雜交（FISH）探針分析了八名女性卵巢內的未成熟卵母細胞，驚訝得發現大量的21三體存在於卵巢內。於是做出假設，認為這種21三體的卵母細胞的發育可能會延遲，其壽命比正常染色體的卵母細胞也要短。如果是這樣，年齡的影響，至少對於21號染色體而言，是由於包含三體的卵母細胞的生長卵泡池，隨年齡增長而開始逐步發育，並不是因為正常卵母細胞中21號染色體發生不分離導致的三體。顯然，這些觀察結果需要得到進一步的證實，並擴展到其他染色體，但這一假設的前提是，卵母細胞進入減數分裂之前就已經發生了異變，年齡效應可能是預發性的。
模擬生物學的教訓
人類女性減數分裂的分析時遇到了一個難題：卵母細胞的壽命週期到底有多長？圍繞這一難點，研究人員開始考慮體外模型的搭建-使用動物模型成為更好的替代方案。在過去的幾年中，這種方法對減數分裂和重組的理解以及對減數分裂不分離的可能機制的見解，獲得了巨大的突破。
如何控制重組水平？
由於重組的改變在減數分裂不分離中起著決定作用，因此出現了一個很大的問題：決定重組的數量和位置的關鍵是什麼？目前有人說是同一染色體區域內重組的“反式調節子”，舉例來說，非17號染色體重組的反式調節子，與17號染色體區域中的等位基因變異有關，當然，並不排除存在其他的，尚未知道的重組相關的調節因子。這些重組的調節因子會導致等位基因變異，並可能導致其配子具有“更不幸的”交叉交換（例如，同源物之間沒有交叉交換），從而導致染色體非整倍性的遺傳易感性發生。隨著在小鼠和人類中不斷發現新的重組調節因子，應該認為有更多的這一的調節因子存在並影響重組變化。
孕婦相關的染色體不分離的機制是什麼？
儘管對人類三體和胎兒卵母細胞的研究已經提供了有關人類染色體不分離和產婦年齡之間相互關聯的大量信息，但潛在的影響因素仍然有很多是未知的。現在對模型生物學的最新研究提供了一長串的嫌疑名單，包括在染色體分離之前起作用的、在分離時起作用的。
例如在減數分裂的早期中，染色單體的凝聚蛋白提供了“粘合劑”的作用，它們共同形成了多蛋白凝聚酶複合體，在細胞減數分裂之前將相關的染色單體結合在一起。凝聚酶在MI中尤其重要，它有助於維持連接最近的兩條染色體單體。而隨著年齡的增長，這種凝聚酶的作用力逐步減弱，在這種情況下，可能會影響染色體單體和其他染色體相互結合的現象的增加，這表明與年齡相關的凝聚蛋白的降解，會影響染色體的分離。對雌性小鼠的研究產生了相似的結果。因此，來自兩個不同物種的結果表明，凝聚蛋白不足可能是人類三體與年齡相關不分離現象的重要原因之一。
在其他候選的嫌疑名單中，調控細胞週期的關鍵酶的缺陷，特別是紡錘體匹配檢查點（SAC）的缺陷，受到了相當大的關注。有多條證據支持與年齡相關的SAC強度下降與非整倍性水平升高之間有關聯性。例如，在小鼠和人類的卵母細胞中，與檢查點相關的基因的轉錄隨年齡增加而減少。此外，在對缺乏檢查點的關鍵蛋白BubR1的小鼠研究中，觀察到了小鼠的雌激素早衰、不育和減數分裂非整倍體等現象。類似地，在檢查點蛋白Mad2雜合的雌性小鼠中，意外發現MI錯誤的增加。目前，儘管可以認為SAC相關的缺陷與母體的年齡有關，而這也會導致染色體非整倍性的發生，但仍需要更多的研究來證明兩者的直接關係。
儘管最近有關年齡-染色體非整倍體的研究都集中在凝聚蛋白或SAC上，但仍有許多其他備選的影響因素。例如，影響突觸複合物的形成、影響端粒的維持以及組蛋白乙酰化水平的相關物質，這些關鍵物質的缺失，都有可能造成減數分裂的缺陷。因此，還有很多很多與年齡相關的、能夠造成減數分裂錯誤的原因需要去探索。但目前對於所有人來說，應該清醒的意識到，孕婦的年齡因素，是由於多種機制出現缺陷（而非單一機制），最終導致染色體三體的產生。
總結
這篇綜述總結了兩條非常重要的結論。首先，雖然雖然大家很早就知道女性減數分裂是很容易出錯的，但最終造成染色體三體的決定因素不僅僅只有女性的減數分裂；包括在卵巢中，出現的大量的卵母細胞本身就是染色體三體的存在。其次，造成染色體三體，年齡不是絕對的影響因素，反而是因年齡有關造成的多種機制的缺陷，最終導致三體的產生；當然，你仍然可以認為年齡是主要因素之一，但造成染色體三體的機制仍是有很多，並不僅僅局限於1種機制。在未來的研究中，需要確定不同機制間造成的影響與哪個染色體（或哪個染色體上的區域）直接關聯，以及哪個機制才是引起臨床疾病（如唐氏綜合徵）的關鍵因素。