【基础医学】mg217先天畸形

【基础医学】mg217先天畸形 第十七章 出生缺陷 出生缺陷(birth defect)也称为先天畸形(congenital malformation)，是患儿在出生时即在外形或体内所形成的(非分娩损伤所引起的)可识别的结构或功能缺陷。出生缺陷的发生原因比较复杂，有些与遗传因素有关;有些与环境因素有关;有些则是遗传因素与环境因素共同作用的结果。出生缺陷一词一般不包括代谢缺陷的患者。 Kennedy(1967)综合分析了世界各国近2000万新生儿的畸形发生状况，结果显示:根据医院出生统计的畸形儿发生率为1.26,，根据儿科医生查体结果统计出的畸形儿发生率为4.5,。1966年世界卫生组织对16个国家25个妇幼保健中心的421781例产妇进行了规范化统计，结果显示:畸形儿占总数的1.73,。在出现的各种畸形中，四肢畸形占26,，神经管畸形占17,，尿生殖系统畸形占14,，颜面畸形占9,，消化系统畸形占8,，心血管畸形占4,，多发畸形占22,。据报道，1965年日本新生儿的畸形发生率为6,，1984年上升为14,，20年内增长了1倍多。 从1986年10月至1987年9月，我国卫生部组织由华西医科大学负责及29个省市自治区945所医院和妇幼保健院参加，对全国1243284例围产儿进行了监测，结果显示:畸形儿的发生率为1.3,，其中以神经管畸形和唇腭裂畸形的出现率最高。 近些年来，随着现代工业发展和环境污染的加重，出生缺陷的发生率有上升趋势。同时，由于生活水平的提高和医疗条件的改善，感染性疾病、营养性疾病和老年性疾病的发病率和死亡率明显下降。因此，出生缺陷便成了危害人类健康的严重疾患，受到世界各国的高度重视。近年对出生缺陷进行了广泛的监测和病因学调查，并开展了深入的实验研究，取得长足的进展。 第一节 出生缺陷的临床 1 一、出生缺陷的类型 从1958年,1982年间，Willis、Grag和Moore根据出生缺陷的胚胎发生过程，先后提出了大致相同的畸形分类。根据这种分类方法，出生缺陷可分为以下几种类型。 (一)整胚发育畸形 多由严重遗传缺陷引起，大都不能形成完整的胚胎并早期死亡而吸收或流产。 (二)胚胎局部发育畸形 由胚胎局部发育紊乱引起，涉及范围并非一个器官，而是多个器官。例如头面发育不全等。 (三)器官和器官局部畸形 由某一器官不发生或发育不全所致，例如双侧或单侧肺不发生、室间隔膜部缺损等。 (四)组织分化不良性畸形 这类畸形的发生时间较晚且肉眼不易识别。例如骨发育不全等。 (五)发育过度性畸形 由器官或器官的一部分增生过度所致，例如在房间隔形成期间第二隔生长过度而引起的卵圆孔闭合或狭窄、多指(趾)畸形等。 (六)吸收不全性畸形 在胚胎发育过程中，有些结构全部吸收或部分吸收，如果吸收不全，就会出现畸形。例如蹼状指(趾)等。 (七)超数和异位发生性畸形 由于器官原基超数发生或发生于异常部位而引起，如多孔乳腺、异位乳腺等。 (八)发育滞留性畸形 器官发育中途停止，器官呈中间状态。例如双角子宫、隐睾等。 (九)重复畸形 2 重复畸形是由于单卵孪生的两个胎儿未能完全分离，致使胎儿整体或部分结构不同程度地重复出现。这是人类最早认识和描述的一种畸形。 世界卫生组织(WHO)在疾病的国际分类中，根据出生缺陷的发生部位进行分类，并对各种畸形编排了分类代码。目前世界各国对出生缺陷的调查统计大都采用这种分类方法，并根据本国的具体情况略加修改补充。其中12种出生缺陷是世界各国常规监测的对象，是国际学术和资料交流中的代性畸形。在我国的出生缺陷监测中，以这12种出生缺陷为基础，并根据我国的具体情况增加了多见或比较多见的9种畸形;其中尿道上裂和尿道下裂合为一类，上肢和下肢短肢畸形也合为一类，共19种(表17-1)。 表17-1 我国监测的19种出生缺陷 出生缺陷 国际分类编码 出生缺陷 国际分类编码 **740 无脑儿 短肢畸形(上、下肢) 755.2,755.3 **741 755.6 脊柱裂 先天性髋关节脱位 *742 754 脑积水 畸形足 *749.0 腭裂 多指与并指(趾) 755.0,755.1 *620 全部唇裂 749.1,749.2 血管瘤(73cm) 757.1 先天性心血管病 746,747 色素痣(73cm) **750.2 759.3 食管闭锁及狭窄 Down综合征 *751.2 750.1 直肠及肛门闭锁 幽门肥大 606 603 内脏外翻 膈疝 * 尿道上、下裂 752.2,752.3 *为国际常规监测的12种出生缺陷 二、出生缺陷的诊断 由于完全防止畸形的发生几乎是不可能的，所以胎儿宫内早期诊断是预防的必要补充。随着医学的发展，越来越多的畸形可以在出生 3 前作出明确诊断，有些畸形还可进行宫内治疗。曾生育过严重畸形儿的孕妇，多次发生自然流产、死胎、死产的孕妇，孕早期服用过致畸药物或有过致畸感染或接触过较多射线，长期处于污染环境及羊水过多或过少的孕妇，均应进行宫内诊断。 产前出生缺陷的诊断方法主要包括:?通过羊膜囊穿刺吸取羊水分析胎儿的代谢状况、胎儿的染色体组成、基因是否有缺陷等;?通过绒毛膜活检分析胚体细胞的染色体组成;?在B超的引导下将胎儿镜插入羊膜腔中直接观察胎儿的体表(四肢、五官、手指、脚趾和生殖器官等)是否发生畸形，并可以通过活检钳采集胎儿的皮肤组织和血液等样本做进一步检查;?B型超声波检查是一种简便易行且安全可靠的宫内诊断方法，可在荧光屏上清楚地看到胎儿的影像，不仅能诊断胎儿外部畸形，还可诊断某些明显的内脏畸形(先心、内脏外翻、多囊肾、神经管缺损、无脑儿、脑积水、水肿儿、葡萄胎等);?将水溶性造影剂注入羊膜腔，便可在X线荧屏上观察胎儿的大小和外部畸形。如果将某种脂溶性造影剂注入羊膜腔，使其吸附于胎儿体表，便可在X线下清楚地观察胎儿的外部畸形;?脐带穿刺(cordocentesis)是在B超引导下于孕中期、孕晚期(17周,32周)经母腹抽取胎儿静脉血用于染色体或血液学各种检查，亦可作为因羊水细胞培养失败，或在错过绒毛和羊水取样时机的补充。有关内容详见第十八章及有关章节。 三、神经管缺损 在胚胎发育的第4周，中枢神经系统形成一个与表面外胚层脱离的、关闭的位于胚体背部中轴线上的神经管，神经管的头部发育增大形成脑，其余部分仍保持管状，形成脊髓。如果由于某种原因神经沟未能关闭，于是神经组织就依然露在外面，这样的缺损可长达胚胎身体的全长，也可以只局限于一小区域，通常称为开放性神经管缺损。如果局限于脊髓的部分，这种异常通常就叫做脊髓裂(myeloschisis)，而头端部分的未关闭则叫无脑畸胎。脊髓裂必然合并脊柱裂(spina 4 difida)。无脑儿和各种类型的脊柱裂是常见的神经管缺损畸形(图17-1)，民间称之为“蛤蟆胎”、“怪胎”。其它为裸脑、脑膨出、脑积水等。 神经管畸形的病因比较复杂。有遗传因素(多基因遗传)和环境因素(维生素叶酸缺乏、高热、酒精及药物致畸等)以及这些因素共同干扰神经管的闭合。此病常造成死胎、死产、瘫痪。 图17-1 各种类型脊柱裂示意图 (一)脊柱裂 脊柱裂包括许多缺损。从字面上解释，它表示一个分裂的脊柱，其最简单的形式是脊椎的背部没有互相合并。这样的异常往往位于腰骶部，外面有皮肤覆盖着，并且除了在患部的表面有一小簇毛外，是不引人注意的，称为隐性脊柱裂(spina bifida occulta)。在这种情况下，脊髓和脊神经通常是正常的，没有神经症状。 如果缺损涉及一两个脊椎，则脊膜就从这个孔突出，在表面就能看到一个用皮肤包着的囊，称为脊膜突出(meningocele);有时这个囊很大，不但包含着脊膜，而且还包含着脊髓及其神经。于是这种异常就叫做脊髓脊膜突;另一种脊柱裂是由神经沟没有关闭而形成的，于是神经组织就很广泛地露在表面，称为脊髓突出或脊髓裂(myelocele)。偶尔，这种神经组织呈现有过度的生长，而这种过多的组织通常在出生前不久或在出生后不久即坏死。 脊髓脊膜突出通常合并着延髓和一部分小脑向尾端移位到椎管。上位的颈神经根往往从其椎间孔的水平向着尾端固定在骶部的脊髓下降。由于枕骨大孔被延髓或小脑所阻塞，所以脊髓脊膜突出往往合并脑积水。这些异常的合并发生就叫做阿-希氏畸形(Arnold-Chaiari malformation)。 (二)无脑畸胎 无脑畸胎(ancncephalus)的特点是神经管的头部没有合拢，并且在出生时脑是一块露在外面的变性组织。这种缺损几乎总是通连到一 5 个颈部开放的脊髓。没有颅盖，因而使头部具有特别的外观:眼向前突出，没有颈部，脸面和胸部的表面处在一个平面上。由于这种胎儿缺少吞咽的控制机构，所以妊娠最后两个月的特点就是羊水过多(hydramnios)。在用X光检查胎儿时，这种异常能很容易被认出，因为没有颅盖。无脑畸胎是一种常见的异常(1?1000)，并且女性比男性多4倍。同样地，在白人中也比在黑人中多4倍。 (三)神经管缺损的产前诊断 对曾有过神经管缺损生育史的孕妇、夫妇双方或一方有阳性家族史、常规产前检查有阳性发现者都应该考虑实施产前诊断。 检查内容包括:?在孕16周,18周，抽取孕妇静脉血检测其血清甲胎蛋白(AFP)，当受试者血清AFP值高于值时，则可视为阳性;?孕14周,18周即可作超声波检查，一般可明确诊断;?当孕母血清AFP测定结果两次阳性，而B超检查不能明确诊断时应作穿刺检查，穿刺时间最佳为孕16周,20周，将穿刺所取羊水进行AFP和乙酰胆碱酯酶;?于孕20周后进行X线检查，可作为神经管缺损的补充诊断;?其它实验室检查可辅助神经管缺损的诊断。 四、先天性心脏病 先天性心脏病是胎儿时期心脏血管发育异常而致的畸形疾病，是少年儿童最常见的心脏病。近年来，心血管外科进展迅速，绝大多数先天性心脏大血管畸形均能得到矫治，成功率逐步提高。 过去估计先天性心脏病(简称先心病)发生率为0.3,左右，近年随着诊断水平提高，据新近几个大系列的调查统计，存活新生儿中先心病发生率在0.70,,1.17,之间，平均为0.8,。国内报道0.3,,1,。先心病合并其他系统疾病依次为:肌肉系统(8.8,)，中枢神经系统(8.5,)，泌尿系统(5.3,)和消化系统(4.2,)。由于在发生学上心脏和血液同源于中胚层血岛，故不少血液病(地中海贫血、凝血系统疾患等)均可伴有先心病。其病因是遗传-环境相互作用的结果。 6 从遗传学的角度，先心病的病因包括三大类:?多基因遗传所致的先心病，此类患者以心血管畸形为惟一的临床异常;?染色体畸变所致先心病;?单基因遗传的先心病。在后两类病变中，先心病患者多伴有心外其他系统的畸形或病损，常为其多系统损害的一个组成部分，仅极少数单基因遗传病以先心病为惟一病损。据Pexieder(1981)的统计，由遗传因素决定或与遗传有关的先心病占此病总数的95,,98,。而单纯由环境因素引起的先心病仅占2,,5,。房间隔缺损、室间隔缺损、法乐氏四联症等为先心病常见类型。 (一)房间隔缺损 房间隔缺损(atrial septal defect，ASD)简称房缺，是原始心房间隔在发生上吸收和融合时出现异常，左右心房之间仍残留未闭的房间孔。房缺可单独存在，也可与其他心血管畸形合并存在。房缺约占先天性心脏病的15,，发病率为0.7,,0.9,。约84,的病例为单独出现。按缺损部位可分为六类:?中央型房缺也称为卵圆孔型)?孔型房缺，是最常见的类型，位于房间隔中心，此型占76,;?上腔型房缺也称为静脉窦型，位于房间隔后上方，缺损与上腔静脉入口没有明确的界限，常合并右上肺静脉畸形引流，此型占3.5,;?下腔型房缺位于房间隔后下方，没有完整的房间隔边缘，左心房后壁构成缺损的后缘，此型占12,;?原发孔房缺又称?孔型房缺，常为心内膜垫缺损的一部分，呈半月形，常伴二尖瓣或,和三尖瓣裂，形成二尖瓣或/和三尖瓣关闭不全，此型也称为部分型房室管畸形;?冠状窦型房缺是由于胚胎时冠状窦与左房分隔不全或全无分隔，使左心房的血能经冠状窦入右心房，此型常伴有左上腔静脉存在;?混合型房缺有两种以上缺损同时存在。房缺伴先天性或后天性二尖瓣狭窄者称为Lutembacher综合征。 典型病例只需经过心脏听诊、,线、心电图和超声心动图无创检查就能明确诊断，无需进行右心导管或心脏造影检查，但当合并肺动脉高压时应作右心导管检查测定肺动脉压力，估计手术危险性和预后。本病主要的治疗方法是手术修补。 (二)室间隔缺损 7 室间隔缺损(ventricular septal defect，VSD)简称为室缺，是常见的先心病。群体发病率1.2‰,3.1‰，占先心病的25,,44,，早年资料国内仅占15.5,。女性患病率稍高，但男女性别间无显著差异。室间隔在胚胎期发育不全，形成异常交通，在心室水平产生左向右的血流分流，它通常是单独存在，但也可是某种复杂心脏畸形的组成部分。本病也是合并其它系统出生缺陷最多的一种先心病，24,,50,的室缺伴心外畸形，包括骨骼畸形(15%)、先天愚型(15%)、肾畸形(8%)、唇或腭裂(8%)等。根据胚胎发育情况可将室缺分为膜部缺损，漏斗部缺损和肌部缺损三大类型，其中膜部型最多见，而肌部型最少见，从临床实用角度，各型又可分出若干亚型。缺损大小可从筛孔状到整个室间隔缺如。一般缺损直径多在10mm左右，大者可达20mm。室缺与邻近组织的关系最主要是与传导组织的解剖关系，希氏束(又称房室束)与膜部缺损的后下角关系密切，它总是隐行于肌肉之中，而缺损边缘的纤维环中无传导组织。 根据病史、体征、,线和心电图检查，再结合超声心动图、心导管检查和心血管造影，可明确诊断。外科手术修补是本病的主要治疗方法 (三)法乐氏四联症 法乐氏四联症(tetralogy of Fallot)也称紫绀四联症、Fallot四联症、法乐四联症。是一种常见的先天性心脏病，占12,,14,，在紫绀型心脏畸形中占首位，为50,,90,，人群发病率为0.3‰,1‰，其病理基础是一种属于大血管圆锥动脉干转位的发育畸形，主要缺陷包括肺动脉狭窄、室间隔缺损，升主动脉骑跨及右心室肥厚。 根据临床表现，心电图、,线检查、超声心动图，右心导管检查和右室造影可明确诊断。 第二节 出生缺陷的病理生理学 一、出生缺陷的发生因素 8 出生缺陷的发生因素包括遗传因素和环境因素。有些出生缺陷主要由遗传因素决定，有些主要由环境因素决定，有些则是遗传因素和环境因素的共同作用。Wilson(1972)综合分析了5次国际出生缺陷讨论会的资料，表明遗传因素引起的出生缺陷占25,，环境因素占10,，原因不明者占65,;Nelson(1989)发表的资料显示遗传因素引起的出生缺陷占36,，环境因素占20,，原因不明者占44,(表17-2)。这一方面说明，随着科学的进步越来越多的原因不明缺陷得到解释，另一方面也显示遗传因素在出生缺陷发生中的重要地位。 表17-2 69277新生儿中出生缺陷的病因分类 病因类型 数量 百分比 染色体畸变 157 10.1 单基因突变 48 3.1 家庭性因素 225 14.5 多基因遗传 356 23.0 致畸剂 49 3.2 宫内因素 39 2.5 双胎或多胎因素 6 0.4 其他未知因素 669 43.2 总计 1549 100.0 (一)遗传因素与出生缺陷 遗传因素引起的出生缺陷包括染色体畸变及基因突变。 神经和性腺组织对染色体的异常十分敏感，有染色体畸变的个体常发生智能发育不全和不育。而且最常见的畸形之一是神经管发育的缺陷。染色体畸变包括染色体数目的异常和染色体结构异常。染色体数目减少可引起出生缺陷，常染色体的单体型胚胎几乎不能存活，性染色体的单体型胚胎约有97,死亡，3,成活，但有畸形，如先天性卵巢发育不全即Turner综合征(45，X)。染色体数目的增多也可引起畸形，三体型多见，如21号染色体的三体可引起Down综合征，18号染色体的三体可引起Edward综合征，13号染色体三体可引起Patau综合征，性染色体数目增多(47，XXY)可引起先天性睾丸发育不全 9 (Klinefelter综合征)。染色体的结构畸变也可引起畸形，如5号染色体短臂末端断裂缺失可引起猫叫综合征。 基因突变也可导致出生缺陷(表17-3)。现认为5%左右的出生缺陷是由基因突变引起的。由基因突变引起的出生缺陷主要有软骨发育不全、肾上腺大、小头畸形、无虹膜、多囊肾、皮肤松垂症，睾丸女性化综合征等。 表17-3导致出生缺陷的基因 基因 蛋白质类型 综合征 出生缺陷 BOR1 转录因子 Branchio-oto-renal 外耳畸形、听力伤失、肾缺陷 COL2A1 细胞外基质蛋白 stickler 骨发育不良、唇裂、近视 EMX2 转录因子 Schizencephaly 脑裂 EvC 转录因子 Ellis-van Creveld 骨发育不良、多指、心脏缺陷 GLI3 转录因子 Greig GLI3 转录因子 Pallister-Hall GLI3 转录因子 Polydactyly type A HOXA13 转录因子 Hand-foot-genital 多指、肾脏和生殖缺陷 HOXD13 转录因子 Synpolydactyly 多指、指与指融合 KIT 受体分子 piebaldism 局部皮肤色素减弱 LMX1 转录因子 Nail-patella 骨、肾脏、指甲异常 MITF 转录因子 Waardenburg 色素减弱、听力障碍 MSX1 转录因子 , 唇裂、腭裂，缺指 Noggin 细胞外蛋白 多发性synostosis 骨融合、听力障碍 P63 转录因子 Ectrodactyly 四肢、牙齿和毛发缺陷 PAX2 转录因子 , 肾脏和视神经缺陷 PAX3 转录因子 Waardenburg 色素减弱、听力障碍 PAX6 转录因子 Aniridia 发育不良 PAX9 转录因子 Oligodontia 牙齿缺如 RIEG1 转录因子 Rieger 牙齿、耳畸形 SALL1 转录因子 Townes-Brocks 肾脏、四肢、耳畸形 SHH 信号分子 Holoprosencephaly 脑发育异常 SOX9 转录因子 Campomelic 发育不良、骨异常、性反转 SOX10 转录因子 Hirschsprung 肠蠕动缓慢 TBX3 转录因子 Ulnar-mammary 上肢畸形、乳房及生殖腺异常 TBX5 转录因子 Holt-Oram 上肢畸形、心脏缺陷 TCOF1 转录因子 Treacher Collins 小颌、外耳缺陷 WT1 转录因子 Denys-drash 肾脏缺陷、性反转 7-DHCR 裂解酶 Smith-Lemli-Opitz 智力障碍、多发性器官缺陷 10 (二)环境因素与出生缺陷 环境因素的致畸作用早在本世纪40年代就已被确认，能引起出生缺陷的环境因素统称为致畸因子(teratogen)。影响胚胎发育的环境有三个方面，即母体周围的外环境、母体的内环境和胚体周围的微环境。这三个层次的环境中引起胚胎畸形的因素均称为环境致畸因子。外环境中的致畸因子有的可穿过内环境和微环境直接作用于胚体，有的则通过改变内环境和微环境而间接作用于胚体。环境致畸因子主要有生物性致畸因子、物理性致畸因子、致畸性药物、致畸性化学物质和其它致畸因子。 1(生物性致畸因子 包括各种传染因子，特别是病毒。虽然胚胎或胎儿对对这些微生物的袭击有一定的抵抗力，但有些可导致流产，有些则产生出生缺陷或疾病。有些致畸微生物可穿过胎盘屏障直接作用于胚体，有些则作用于母体和胎盘，引起母体发热、缺氧、脱水、酸中毒等，或干扰胎盘的转运功能，破坏胎盘屏障，从而间接地影响胚胎发育。目前已经确定对人类胚胎有致畸作用的生物因子有风疹病毒、巨细胞病毒、单纯疱疹病毒、弓形体、梅毒螺旋体等。还有一些病毒，如流行性腮腺炎病毒、流感病毒等，对动物有明显的致畸作用，但对人类有无致畸作用尚未确定。 (1)风疹病毒是传染性致畸因子最突出的例子。前4周受感染，致畸危险为61,，5,8周时为26,，9,10周时为6,。风疹病毒诱发的出生缺陷除白内障外，还有耳聋(破坏内耳柯替氏器)和心脏畸形(动脉导管未闭、心房和心室间隔缺损)。此外，偶尔有脉络膜视网膜炎、青光眼、小眼、小头、智能发育不全和牙釉缺损等。上述这些畸形的发生与胚胎在不同发育时期受病毒感染有关。在妊娠第6周感染病毒，则产生白内障;第9周感染产生耳聋;第5,10周感染引起心脏畸形;第6,9周感染引起牙釉缺损;第4,6个月感染引起中枢神经系统的异常。 (2)妊娠前16周水痘病毒感染可致畸，包括眼的缺陷如白内障、小眼球、视神经萎缩以及脑损伤和肢体发育不全等。分娩前4天孕妇感染水痘，有20,的新生儿死亡。 11 (3)巨细胞病毒的感染主要损害中枢神经系统，产生小头、脑积水、微小脑回、小脑发育不全、脑软化、脑钙化和脑的囊性损害等畸形。除中枢神经系统外，亦有报道各种眼的异常(如脉络膜视网膜炎、视神经萎缩)、先天性心脏病、脐疝、腹股沟疝、畸形足、腹直肌分离和肝脾大。本病通常是致死性的，存活的病例则因脑膜脑炎而有严重的智能发育不全。由于妊娠妇女感染巨细胞病毒无可见的症状，故尚无法知道胚胎发育早期或晚期感染有何差异。可能在妊娠早期(头三个月)感染时，胚胎不能存活而引起流产，而在妊娠后期感染，则发生上述畸形。进行病毒分离和尿中脱落细胞查找病毒包涵体，均可证明感染的存在。 (4)弓形虫感染主要表现为眼的疾患，90,有脉络膜炎，50,,60,有癫痫、小头和脑积水。即使感染得到控制，也常遗留眼或脑的损害。弓形虫在我国孕妇中感染率不太高，但易感者多，免疫者少，对于妊娠妇女，弓形虫是一个更为重要的致畸微生物。弓形虫可能是我国微生物致畸因素的头号因子，居于首位，应当引起重视。 (5)除上述几种比较肯定致畸的生物因素外，还有母亲感染单纯疱疹病毒、亚洲流感病毒、流行性腮腺炎、脊髓灰质炎、麻疹、柯萨基等病毒和梅毒螺旋体引起胎儿出生缺陷的报道。单纯疹病毒的感染通常发生在妊娠晚期，可能大多数在临分娩时。在出生前数周被感染的胎儿有小头、小眼、视网膜发育异常、肝脾大和智能发育不全等表现;如分娩时胎儿在母体产道中受感染则发生炎症反应(如脉络膜视网膜炎)。 2(物理性致畸因子 目前已确认的对人类有致畸作用的物理因子有射线、机械性压迫和损伤等。另外，高温、严寒、微波等在动物确有致畸作用，但对人类的致畸作用尚证据不足。 (1)辐射中离子电磁辐射有较强的致畸作用，包括α、β、γ和X射线，其致畸作用与各射线的穿透力有关。日常，人们都或多或少地接触射线，有的人还因居住环境或职业关系可能接触更多的射线，但对其致畸作用要具体分析。非电离性辐射，包括短波、微波及紫外线 12 等，其致畸作用较弱。其中紫外线对DNA修复机制有缺陷的患者是一种致突变因子。 (2)一般说，诊断性X线检查，对胎儿的危害不大，但也与照射部位有关，例如胆囊造影只使胎儿接受0.000006Sv(注:Sv是剂量当量单位，1Sv,100rem);而钠灌肠造影检查，由于直接照射骨盆，则可使胎儿接受0.0035Sv。另外，治疗剂量要大得多。治疗脑肿瘤、乳腺癌(单侧)均可使胎儿接受0.09Sv，治疗肺癌可接受0.25Sv。所以，用于治疗的X线有致畸的危险。 (3)各种组织对不同的放射性核素吸收量不同，例如口服5mci 13132的I，甲状腺可接受100Sv，而性腺只有0.12Sv;口服4mci P，有1.0Sv进入骨髓、肝、脾，而其他部位则不过0.1Sv;胎儿对放射性核素的吸收程度还与胎龄有关，例如胎儿在第10周，从循环中结合的碘比母亲甲状腺结合的还要多。因此孕妇必须用放射性碘进行诊断时，应在胎龄第5,6周之前进行，即在胎儿甲状腺分化之前完成。 X线、同位素及其他外源性离子辐射对分裂细胞的影响，包括杀伤细胞、抑制有丝分裂、改变细胞的正常迁移和彼此联系，以及造成染色体畸变和基因突变等。植入前期，大剂量照射可导致胚胎死亡，这是由于致死性染色体畸变或细胞分化受损所致。胚胎两周后的任何时期接受超过1.0Sv的射线，均可造成器官畸形或生长受阻，其中以中枢神经系统最为敏感，0.25Sv时就可发生小头畸形，智力低下。有实验证明，不伴有神经系统异常的其他畸形，并非由辐射引起。此剂量目前为大多数所接受的致畸剂量标准，胎儿接受0.25Sv以上的照射，有致畸危险。美国学者大多数以0.1Sv作为阈值来推断致畸危险。有时尽管不发生畸形，但轻微的损伤可引起智商降低，将来癌变也很难排除与辐射的关系。 3(致畸性药物 上世纪60年代“反应停事件”后，药物致畸作用引起人们的普遍重视，并对药物进行严格的致畸检测。反应停又名酞胺哌喧酮，60年代在欧洲曾广泛用于治疗妊娠呕吐，结果引起大量残肢畸形儿(俗称“海豹肢”)的出生，酿成了所谓反应停事件。 13 (1)多数抗肿瘤药物有明显的致畸作用，如氨基喋呤可引起无脑、小头及四肢畸形;白血福恩、苯丁酸氮芥、环磷酰胺、6-巯基嘌呤等均能引起多种畸形。 (2)某些抗生素也有致畸作用。如孕期大剂量服用四环素可引起胎儿牙釉质发育不全，大剂量应用链霉素可引起先天性耳聋，大剂量应用新生霉素可引起先天性白内障和短指畸形等。 (3)某些抗惊厥药物，如唑烷、乙内酰脲、三甲双酮有致畸作用。三甲双酮会造成胎儿智力低下、发育缓慢、面部发育不良、唇腭裂、房间隔缺损及两性畸形等。 (4)某些抗凝血药，如苄丙酮香豆素、肝素也有致畸作用。苄丙酮香豆素可引起胎儿软骨发育不良，多表现为低出生体重及智力低下，中枢神经系统有异常。早孕妇女服用此药，胎儿约1/3发生畸形。 131(5)碘化钾和I可引起先天性甲状腺肿。丙硫氧嘧啶干扰胎儿甲状腺的形成，所以可引起先天性甲状腺肿。 (6)雄激素去甲睾丸酮衍生物用于避孕，可使女胎男性化，对男胎无不利影响;雌激素复合物氯菧酚胺可致畸，使非整倍体增加，可出现椎骨、心脏、肢体的畸形;皮质激素有诱发缺肢、先天性心脏病的报道;胰岛素可使神经管缺陷增多，还可造成先天性心脏病和肢体缺陷。 有些药物在动物实验中有明显的致畸作用，但对人类有无致畸作用尚需进一步证实，如苯妥英钠，可的松等。 4(“三废”、农药、食品添加剂和防腐剂 在工业“三废”、农药、食品添加剂和防腐剂中，含有一些有致畸作用的化学物质。目前已经确认对人类有致畸作用的化学物质有:某些多环芳香碳氢化合物，某些亚硝基化合物，某些烷基和苯类化合物，某些农药如敌枯双，某些重金属如铅、砷、镉、汞等。有些化学物质对动物有明显的致畸作用，但对人类胚胎的致畸作用尚待进一步证实。 5(酗酒、大量吸烟、吸毒、缺氧、严重营养不良 这些因素均有一定的致畸作用。孕期过量饮酒可引起多种畸形，称胎儿酒精综合征(fetal alcohol syndrome)，其主要表现是发育迟缓、小头、小眼、 14 短眼裂、眼距小等。吸烟的致畸作用越来越受到人们的重视。流行病学调查显示，吸烟者所生的新生儿平均体重明显低于不吸烟者，且吸烟越多其新生儿的体重越轻。一天吸烟10支的孕妇，其胎儿出现畸形的危险性增加90,。吸烟引起胎儿畸形主要是由于尼古丁使胎盘血管收缩，胎儿缺血使胎儿缺氧。另外，吸烟所产生的其它有害物质，如氰酸盐，也可影响胎儿的正常发育。吸烟不仅引起胎儿出生缺陷，严重者可导致胎儿死亡和流产。 (三)环境因素与遗传因素在畸形中的相互作用 在畸形的发生中，环境因素与遗传因素的相互作用是非常明显的，这不仅表现在环境致畸因子通过引起染色体畸变和基因突变而导致出生缺陷，而且更表现在胚胎的遗传特性，即基因型决定和影响胚胎对致畸因子的易感程度。流行病学调查显示，在同一地区同一自然条件下，同时怀孕的孕妇在一次风疹流行中都受到了感染，但其新生儿有的出现畸形，有的却完全正常。出现这种情况的原因在于，每个胚胎对风疹病毒的易感性不同。决定这种易感性的主要因素是胚体结构和生化特性，而这种结构和生化特性取决于胚体的遗传特性。对致畸因子的种间差异更是如此，如可的松对小白鼠有明显的致畸作用(主要引起腭裂)，但对猪、猴等则几乎无致畸作用。人类和其它灵长类动物对反应停非常敏感，可引起残肢畸形，但对灵长目之外的其它哺乳动物几乎无致畸作用。 在环境因素与遗传因素相互作用引起的出生缺陷中，衡量遗传因素所起作用的指标称遗传度。某种畸形的遗传度越高，说明遗传因素在该畸形发生中的作用越大(见第六章)。 二、影响致畸发生的因素 在致畸因子作用下，是否发生畸形，结果如何，还取决于下列一些因素:?孕妇对致畸因子的感受性，在个体之间存在着差异;?胎儿发育的不同阶段，对致畸因子的感受性不同，大多数致畸因子有其特定的作用阶段(图17-2);?致畸因子的作用机制有所不同，例如 15 有些致畸药物可抑制酶或受体的活性，有些是干扰分裂时期纺锤体的形成，还有的封闭能源并抑制能量的产生，进而抑制正常形态发生所需的代谢过程。许多药物和病毒对某种组织、器官有特别亲和性，故特别易侵及某种组织和器官，如所谓亲神经性或亲心脏性等，它们会损伤一些特定的器官，影响其发育;?致畸因子的损伤与剂量有关，通常是剂量越大，毒性越大。理论上讲，应该有安全剂量。但实际上，由于致畸过程具有多方面的决定因素，难以一概而论，故已经确定的致畸剂在妊娠期间应绝对避免，因为尤其是对个体来讲，难于判定绝对安全剂量;?致畸因子的作用后果，包括胎儿死亡、生长发育延迟、畸形或功能缺陷。究竟出现何种后果，则取决于致畸因子，母体及胎儿胎盘的相互作用如何。 图17-2 人胚胎主要器官的致畸敏感期 三、发育异常的机制 近年来，随着生命科学研究的进展，对致畸机制认识逐渐深入，虽然尚未能系统全面阐明，但可能更为概括和深入。 (一)诱发基因突变和染色体畸变 有些外来化合物作用于生殖细胞或体细胞，都可诱发基因突变和染色体畸变，以致DNA的结构和功能受损，造成胚胎正常发有障碍，出现畸形，并具有遗传性。但对此也有不同的意见，有人观察到发生染色体畸变的细胞，与透过胎盘的外源化学物接触后，一般24h内已消失。即使存在稳定的畸变，如小缺失、倒位和相互易位等，经过几个细胞分裂周期也不再存在，所以认为染色体畸变或突变可能并非致畸的直接原因。可能是与外源化学物对胚胎组织中DNA损害引起的DNA合成减少有关。 (二)致畸物的细胞毒性作用 由于致畸物对细胞基因复制、转录和翻译或细胞分裂等过程的干扰，影响细胞的增殖，即表现出细胞毒性作用，引起某些组织细胞死 16 亡。因此，在出生时形成畸形。如果接触致畸物的剂量较低，也可引起细胞死亡，但速度及数量可被存活细胞的增殖所补偿，因此出生时未能形成畸形。若致畸物剂量较高，在短期内造成大量细胞死亡，胚胎出现无法代偿的严重损伤，则表现出胚胎致死作用。 (三)细胞分化过程的某一特定阶段、步骤或环节受到干扰 此种机制与上述细胞毒性作用引起坏死机制不同。例如，除草醚(nitrofen)其立体结构与甲状腺激素相似，可引起心脏、膈、肾畸形和肺发育不全，其作用机制主要是干扰甲状腺激素功能。除草醚在母体及胚胎体内代谢产物为4-羟基-2，5-二氯-4′-氨基二苯基醚(4-hydroxy-2，5-dichloro-4′-aminodiphenyl ether)，此种代谢物具有甲状腺激素T的活性，T不能透过胎盘,但此种代谢物能透过胎盘，33 以致引起胚胎早熟以及心脏等畸形。 在细胞分化增殖过程中，一些重要酶类的抑制或破坏，将影响胚胎正常发育过程，并引起畸形，例如核糖核酸酶、DNA聚合酶、碳酸苷酶等。 (四)母体及胎盘稳态的干扰 母体必需的某种营养素，例如维生素A和叶酸的缺乏，某些重要营养素的拮抗物的作用(例如EDTA，为某些微量元素的拮抗物)、母体营养失调(例如蛋白质和热能供给不足)、营养素由母体至胚胎的转运受阻、子宫和胎盘血液循环障碍包括高血压症和接触5,羟色胺、麦角胺、肾上腺素等作用于血管的化学物都可破坏母体及胎盘稳态，造成畸形，甚至胚胎死亡和生长迟缓。 (五)非特异性发育毒性作用也是发育毒性作用机制之一 此机制主要与生长迟缓和胚胎死亡有关，不涉及畸形作用。此种非特异性细胞毒性作用的特点是对全部胚胎组织细胞基本生命现象的干扰。一旦细胞内能量代谢的降低超过一定程度(全部组织将受到损害，并引起胚胎全面生长迟缓，甚至胚胎死亡;不存在靶部位或靶组织。也不可能有部分组织受损与畸形儿出生。 第三节 与出生缺陷有关的发育生物学 17 一、发育过程的遗传调控现象 (一)哺乳动物发育早期受到基因控制 鼠类及其他哺乳动物早期发育的主要事件是细胞系(cell lineage)的分化和分裂，以及沿体轴的区域性变化。 一个细胞系是由单个原始细胞连续分裂而成的一个个克隆(c1one)。当然，一个完整的细胞系来自一个发育成成熟个体的受精卵，其中又蕴含了许多向某—特定发育方向分化的细胞系。人们已经在分子水平分析了这些鼠类细胞系中的发育表达控制基因。很少有来自人类的直接证据，但发育调控基因的进化保守性提示在人类中可能存在与鼠类相似的表达方式。 在鼠胚的植床前期，滋养层中含有两个不同的胚外细胞系:外滋养层细胞以后发育成胎盘，原内胚层(primitive endoderm)则发育为卵黄囊的内层。在此期间，原始外胚层或内细胞团(即处于中央的细胞群，日后将发育为胎儿本身)尚未分化。在鼠类，根据起源和结局，外胚层细胞系很容易区分，而分析发育中胚胎则较难，对其间细胞系的分化则所知更少，受精卵植床后，胚胎沿前后轴发生形态改变;在人类，原肠胚(由内细胞团发育成原始三胚层的中间过程)在植入后第三周完成。胚胎尾端的原条的形成使原始外胚层建成了前后轴。神经管由成对神经褶融合而成，每个神经褶上的部分细胞分离开来形成神经嵴。神经嵴细胞移人未来的头、颈部，在那里分化成色素细胞、腮器和其他结构。与此同时，发育中的神经管两侧出现成对的中胚层体节。 在神经管前区，出现分节结构，称为菱脑节。据鸡胚研究显示，在后脑，菱脑节确定了以后神经元及轴突的分节排列。菱脑节与分化为昆虫发育中的体室(compartment)来源于相似的细胞系，即表达特定发育基因的原始细胞克隆。在分节或非分节组织中，区域化沿胚胎体轴进行。调控这一过程的某些基因得以识别，功能得以确定。 (二)含同源框的基因为个体发生的形态建成基因 18 哺乳动物胚胎发生调控基因研究得益于几项研究方法。最常见的战略是寻求已知的发育调控基因(如作用于果蝇、鼠或其他实验动物)的同源性，来推断哺乳动物发育基因的存在(表17-4)。在此，仅描述同源框基因(homeotic gene)。 表17-4 发育调控基因举例 基因 举例 含同源框基因 HOX1,2，3，4簇 ZFY 锌指蛋白基因 生长因子及其受体基因 胰岛素类生长因子? 视黄酸受体基因 原癌基因 W位点 所有同源框基因都含有一个区域(同源框)，编码60氨基酸的 DNA连接区。同源框编码的蛋白质调节发育基因行为或表现为组织特异性转录因子。在果蝇发育突变型中，同源框基因是第一个被发现的突变位点。Antennapedia果蝇突变型是同源突变的原型，可以使果蝇在触角处发育为腿。 鼠及人类大多数已知同源框基因包括位于不同染色体的四个基因簇，每一簇包括一系列连锁基因(图17-3)。如图所示，人类的基因排列与果蝇属中的连锁基因排列十分相似，这也进一步证实，无论在人类或其他具有相似结构的动物中(如果蝇)，同源框基因对正常发育是必不可少的。 图17-3果蝇、鼠及人基因组同源框基因簇 许多同源框基因最早在原肠胚期转录，并继而通过中期妊娠在分节组织中得以表达。此类基因大多在中枢神经系统中表达，许多在体节及其衍生物中表达，而另一些则在肢芽及其他部位表达。在HOX2基因族中，同源框基因的表达区与染色体定位有关(这一现象也可以 19 存在于其他基因)，连续排列的基因在胚胎中沿体轴区域化表达。 二、发育的遗传学研究方法 转基因小鼠、体外受精与胚胎移植和双生子与多生子常用作胚胎发育的遗传学研究。 (一)转基因小鼠被应用于发育的遗传机制研究 转基因小鼠是带有人外源DNA片段(通常指单个基因)且能将此片段传给后代的小鼠。这一技术被广泛用于发育遗传学复杂过程的研究，转基因小鼠可直接用显微注射法将某一特异克隆基因的多拷贝转入受精卵原核。用外科方法将受精卵植入假孕母鼠的输卵管继续发育。外源基因随机整合人受体基因组的比例很小，体细胞表达产物的存在意昧着其中部分基因能够表达。如果基因整合人基因组，则原代转基因鼠后代就能表达转基因。转基因鼠体系提供了一种方法以系统 评估不同早期发育基因的突变作用。许多人类基因可以在转基因鼠中加以表达，并提供了更易于操作和研究的模型。将人生长激素基因(通常只表达于垂体前叶)组装上金属硫蛋白基因的启动子，构建转基因鼠;由于该启动子特异性广，使该基因在多组织中得以表达，获得巨大鼠。 转基因鼠也可用于建立人类遗传病模型，先用实验方法破坏鼠的正常基因位点，然后将含新突变基因的细胞导人宿主胚泡(图17-4)。嵌合性鼠就是这样构建的，用于观察特定基因突变会对个体早期发育发生怎样的影响。胚胎生长期生长因子基因的功能研究就是基于这样的方法。其间胰岛素样生长因子?基因被用这样的方法破坏了，当带突变基因的嵌合型小鼠构建以后，杂合型子代能表现出明显生长障碍，而其他是正常的。 图17-4 用于发育遗传机制研究的转基因鼠(左)及嵌合型(右)的构建方法 (二)体外受精与胚胎移植被用于检测胚胎的基因缺陷 20 体外受精与胚胎移植(IVF-ET)为—项新的生育技术，其在不育症与优生学方面很有价值。自1978年首例试管婴儿(test tube baby)诞生以来，体外受精和移植，再结合其他生殖技术，广泛应用于使不孕症夫妇拥有后代。这—过程也使得在胚胎移植前进行基因操作成为可能。 利用现有显微操作和DNA扩增技术，理论上，有基因缺陷可能性的合子在移植前就能得到诊断。借助于PCR方法能对单个细胞DNA加以分析，测知某一家系的某个特定基因是否发生了突变。 现在这项技术已应用于实际。从6细胞或8细胞胚取出单个细胞，对Y染色体的已知序列进行DNA扩增，不用损伤胚胎，即可判定性别。当某一男性有高危X连锁遗传病可能时，这一方法可用于保存女性后代。着床前诊断，如果得以完善，可用于高危遗传病发病风险家庭后代的筛选。 (三)双生与多生被应用于发育遗传因素的研究 双生与多生被应用于发育遗传因素的研究。双生子现象是人类早期发育中一个不同寻常的事件，双生子又分为两类:一卵双生(MZ，又称同卵双生)与二卵双生(DZ，又称异卵双生)。就某一特定性状而言，双生子之间有的很相似，而有的区别较大。一卵双生与二卵双生—致率(concondance)的比较是医学遗传学中衡量基因和环境作用的基本方法。遗传因素不能完全解释为何某些单卵双生子某些性状并不相似。 一卵双生、二卵双生相似的比较常用于衡量多基因遗传中“遗传度”，人们也用它来讨论性状决定中遗传所起的作用。例如，将一卵双生子对某一环境因索的不同反应，与非双生子间对它的反应加以比较，来判定遗传因素所起作用。 研究在共同与不同环境中长大的双生子，有助于了解遗传与环境在人类多基因性状表达中所起作用。 1(一卵双生子 一卵双生子的发生是由于在胚胎发育早期，即受精后的最初8天内(有些更早在3天内)，由单个合子分裂成两个独立的胚胎。一卵双生发生率在许多人群中是相似的，约每260次生 21 育中出现1次，并没有证据支持双生子发生与某一家系有关。一卵双生子一般是有共同性别和相同的遗传学标记，但这并不意昧着双生子在所有方面表型都是一致的。 有时，尽管均由同一合子发育而来，一卵双生子之间仍存在大量先天缺陷与遗传病上的差异性，除了环境差异与偶发变异，这一点可由以下诸原因加以解释:?胚胎发育机制不同，如血管异常可以导致畸形发生上的差异;?某些合子后改变，如体细胞突变导致癌发生的差异，或T细胞受体基因、免疫球蛋白基因的结构重排;?双生子发生后，其中某个胚胎发生染色体异常;?一卵双生女性个体中可由于X染色体失活不平衡性导致两个体分别表达母源与父源染色体。 由于X染色体失活不平衡性导致遗传病发生率差异中，Duchenne型肌营养不良症就是一个突出的例子。该病属X连锁隐性遗传病，曾研究了数例女性一卵双生杂合子，其中一个是该基因携带者，表现出显著症状，而另一个也是该基因携带者，但不表现任何症状。类似的 X连锁性遗传病还有血友病A、G6PD缺乏症和色盲。其余情况如一卵双生子两个体均表现正常或均异常尚未见报道。 除了其临床表现差异外，X连锁遗传病一卵双子发生率的差异性还有助于了解一卵双生的早期发生时间及X染色体失活期，基因表达的差异性也提示X染色体失活先于双生子的发生，即使不包括所有女性单卵双生子，至少表现在有差异性的女性单卵双生子中。 由于某些未知原因，双生子出生缺陷发生率高于—般人群，其中一卵双生较二卵双生高一倍。约2/3一卵双生子只具有单个绒毛膜参与共同循环，所以双生子间存在血管分流，而这可能导致严重后果，诸如发育中器官的破坏，由于宫腔中发育受限所致变形等。 2(二卵双生子研究与发育遗传 二卵双生子是由于同—月经周期排出的两个卵子分别受精发育而来。所以其遗传组成更接近一般同胞，可能是同性，可能是异性的。 二卵双生子发生率在各人群中差异更大，亚洲人中为1/500，白人中为1/250，而在一些非洲士著中可能高达1/2。发生率的高低同母方的垂体卵泡刺激素(FSH)分泌情况有关。与一卵双生不同的是， 22 二卵双生并非偶发事件，而具有家族倾向，其再发风险是一般人群的3倍。 通常，导致二卵双生的多排卵是—种遗传性状，而且在女性表达，也就是说，是由母方原因促成的，而非双生子本身。一个女性双生子很可能产生双生子后代，而她的兄弟不会，但其兄弟的女儿可能产生双生子后代。 多胎生育(三胎或四胎、更多胎)可能是一卵的、多卵的或兼而有之。促排卵剂如氯米芬可增加多胎发生率，并在双生子与多胎发生率中存在正相关，当然由此导致的多胎均起源于不同的合子。 3(双生子的诊断 对双生子遗传病患者的预后进行判断或为厂鉴别双生子为一卵双生或二卵双生，对双生子进行诊断都是有益的。对于某些医学手术如骨髓移植，这点尤为重要。过去，人们通过检查出生时的胎膜来判断，也可以借助于某些遗传标记和皮纹等。现在，分子学诊断方法为人们普遍接受，因为任何两个体(非一卵双生子)都必然存在某些DNA标志的差异，而这是可以检测出来的。 4(双生手研究的局限性 借助于双生子研究方法 可以对许多用其他方法难以进行遗传解释的人类复杂性状加以分析，但有其局限性，主要缺陷在于，它只能提供遗传素质对某些疾病的重要性，而不能指出基因间的相互作用，遗传方式及调控行为。其次，产后环境的差异性存在于各型双生子间，这加大了问题的复杂性。由于一卵双生子本身的相似性，可能会寻求相同的环境，并沿相同的轨迹生活。而二卵双生子，尤其是男女二性双生子，较一卵双生子生活环境差异更大。 二卵双生子与同性一卵双生子之间的差异。但最重要的限制来自调查法中存在的偏倚。在研究中，人们更关注一卵双生子同时发病者，而对其他非同步发病的一卵双生子和二卵双生子报道就较少。 (王培林) 23 24