导Lead语

背景：目前，每6对夫妇中就有1对不不孕不育，其中50%的不育是由男性不育因素造成的。在表现为严重的精子发生障碍，包括非梗阻性无精子症的患者中10%-20%可发现遗传异常。

方法：研究和总结了涉及男性不育与遗传疾病或染色体异常之间相关性的文献。

主要发现：从临床实践的角度总结和讨论了遗传性疾病，包括Klinefelter综合征、平衡的互相易位、罗伯逊易位、Y染色体结构异常、XX男性、无精子症因子（AZF）缺失和先天性双侧输精管缺如。其中，随着AZF缺失发病机制的进一步阐明，对AZF缺失的认识发生了显著改变。由于技术的进步，AZF缺失检测可以揭示其微妙变化，并预测精子发生的状况。近10年来，随着基因组测序技术的进步，已经发现了39个可能与无精子症有关的候选基因。

结论：在严重少精子症和无精子症患者应检查染色体和AZF缺失的遗传学检测。在遗传检测之前和之后，应提供遗传咨询。

关键词

无精子症，遗传性疾病，Klinefelter综合征，男性不育症，性染色体异常

1 | 引言

不孕症的定义是在没有避孕措施的情况下规律性交至少1年后仍无法怀孕。据报道，育龄夫妇中大约有8%-12%不孕，而在约50%的病例中，男性因素是引起这些夫妇不孕的原因。据报道，在所有男性中约1％为无精子症，而在不育男性中则有10％-15％为无精子症。根据这一比例，男性不育和无精子症目前可以被认为是一种常见病。然而，大多数男性不育被归为特发性不育症，占所有病例的50%，而其原因尚不清楚。因此，从事生殖医学的临床医生和研究人员最重要的任务之一是根据其原因对特发性男性不育症进行分类，并揭示其致病原因。在非梗阻性无精子症（NOA）和严重少弱畸形精子症患者中，15%-20%的患者证实有染色体疾病或遗传性疾病。最近的一篇综述报道，遗传性疾病可能至少可以解释一些这种特发性病例。

事实上，在临床实践中，Y染色体微缺失分析已成为严重少精子症和无精子症患者的常规检查方法。Y染色体微缺失表明在Y染色体上分布的无精子症因子（AZF）区域的基因组缺失。AZF的缺失是目前无精子症患者精子发生状况和显微睾丸取精成功率的唯一预测因子。此外，由于基因组分析技术的最新进展，特别是近10年来，研究发现了许多与男性不育相关的遗传变异。下一代测序技术为寻找候选基因做出了特别重要的贡献。此外，近年来不仅研究了基因组学，而且还研究了表观遗传机制。表观遗传学在不改变DNA序列的情况下，通过对DNA或组蛋白（在某些情况下同时包括DNA和组蛋白）中染色质的可逆性修饰来调节基因表达和基因组的稳定性。

迄今为止，染色体异常和AZF缺失的遗传检测可以为医生和患者的决策提供重要信息。然而，目前还没有发现任何一组“特发性”不育症的特定基因，而且遗传学与精子发生障碍之间的确切关系仍不清楚。尽管如此，通过遗传方法揭示男性不育症的病理生理学，在这个人工生殖技术时代，仍有一定可能有助于提高怀孕率。在这篇综述中，我们重点介绍了男性不育症与遗传疾病或染色体异常之间相关性的文献。

2 | 临床实践中遗传学异常的检查

2.1 | 染色体分析

研究证实5％的严重少精子症患者和10％-15％的无精子症患者存在染色体异常。通常，进行淋巴细胞培养（72小时）来分析染色体。在常规分析中，分析了20个细胞。在染色体嵌合体或染色体异常的情况下，对30个细胞进行分析。

表1显示了男性不育患者的染色体异常。Klinefelter综合征（KS）是导致男性不育的最常见的性染色体疾病。其核型为男性有两个或两个以上的X染色体；47,XXY是最常见的核型。如果存在三个或更多X染色体（48,XXXY或49,XXXXY），那么症状通常会更严重。据报道，在20世纪70年代和80年代，KS的患病率约为1/1000。1990年，丹麦注册研究表明，每10万名新生男性中KS的患病率为153-173。最近的研究报告，患病率正在上升，每500-600名新生儿中就有1名患有KS。Crawford（克劳福德）指出，这种变化可能是由于人们对诊断方法的了解和优化所致。非嵌合型KS患者的精液分析通常显示无精子症，而嵌合型（46,XY/47,XXY）KS患者有时证实有射精精子。在无精子症KS患者中，采用micro-TESE的取精率（SRR）在40%-70%之间，其高于原因不明的NOA患者（31%-42.9%）。

表1 染色体异常的临床特征

典型核型

频率

精液分析

治疗

Klinefelter综合征

47,XXY

0.1%-0.5%新生男婴

大多数病例为无精子症

Micro-TESE—ICSI

平衡相互易位

多种形式

整个人群的0.123%

正常精子症—无精子症

根据SA

罗伯逊的易位

45,XY,rob(14q15q)

0.9%-3.4%的不育男性

正常精子症—严重OAT

根据SA

Y染色体结构异常

46,XY,del(Yq)

未知

少精子症—无精子症

如果没有AZF缺失，Micro-TESE-ICSI

XX男性

46,XX

0.005%-0.001%新生男婴

无精子症

无

缩写：AZF，无精子症因子；ICSI，卵胞浆内单精子注射；Micro TESE，显微睾丸取精；OAT，少弱畸形精子症；SA，精液分析。

染色体易位是男性中最常见的结构性疾病，发病率为1.23 / 1000，在不育人群中患病率高出10倍。染色体易位分为平衡易位和不平衡易位。平衡相互易位是两个或多个染色体之间遗传物质的交换。在平衡相互易位中有常染色体易位和性染色体易位。根据断点的不同，约60%的常染色体易位携带者在精液分析中至少有一个异常参数。虽然性染色体易位的频率很少见，但一些报告显示Y染色体易位与无精子症之间存在关联。

罗伯逊易位是人类染色体不平衡易位的最常见形式，也是男性不育的常见原因。罗伯逊易位见于0.9%-3.4%的严重生精功能障碍不育男性。这些可能发生在5对近端着丝粒染色体上（13，14，15，21，22），并导致它们在着丝粒处断裂，从而导致两个长臂融合在一起，形成一个单一的大染色体。因此，罗伯逊易位的个体有45条染色体。两条融合染色体的短臂的残余部分通常会丢失。尽管存在这种遗传异常，但罗伯逊易位的携带者在表型上是正常的，因为这两条近端着丝粒染色体的短臂不包含重要的基因。然而，这些携带者精子非整倍体的风险增加，这可能导致流产或易位三体婴儿。理论上，1/6携带者的精子具有正常的核型，另外1/6携带罗伯森易位，其余2/3处于不平衡状态，即与易位有关的染色体缺失或二体。然而，据报道罗伯逊易位携带者射出的精液中不平衡精子的比例在5.8%-32%之间，远远低于精子发生过程中自然选择的理论值。然而，罗伯逊易位的男性携带者发生流产或生下易位三体婴儿的比率较高。Scriven等总结了罗伯逊易位常见核型的经验性数据；对于45,XY,rob(14q21q)的女性携带者，在妊娠中期被诊断出易位性21三体产前诊断的可能性估计为15%，而对于男性携带者，这一可能性小于0.5%。45,XY,rob(14q15q)可能导致单亲二体性（UPD）。UPD是来自同一亲本的两个同源染色体的遗传。UPD可能通过隐性基因的印迹或非遗传效应导致异常表型。已知普瑞德-威利（Prader-Willi）综合征和安吉尔曼（Angelman）综合征与15号染色体的母系和父系UPD有关。

导致男性不育的Y染色体结构异常包括许多变异，如Y染色体长臂的大缺失（del(Yq)、环状Y）或Y染色体的重复（dup(Y)）。通过常规染色体分析，这些异常Y染色体有时被描述为标记染色体（mar+）。尽管这些患者通常表现为无精子症，但在缺失片段中不包括AZF区域的情况下，仍可进行micro-TESE。即使当Yq缺失包含AZF区域时，仍然可以在与AZF微缺失相同的指证下考虑进行micro-TESE。然而，如果这些Y染色体被认为会遗传给他们的男性后代，那么就应该仔细地提供遗传咨询。

46,XX男性性反转综合征于1964年由de la Chapelle等人首次报道，它是男性不育中最罕见的性染色体异常之一。Guellaen等在其研究中报道，46,XX男性性反转综合征的发病率是1/20000-30000新生男婴。大约80%的男性为生殖器两性畸形的个体，他们在X染色体或常染色体上有性别决定区域Y（SRY）基因，而20%的XX男性SRY阴性，表现较高的生殖器两性畸形、尿道下裂、隐睾症和不同程度男性化的发生率。由于在Y染色体长臂中缺少AZF区域，所有46,XX男性完全不育。

图1  基于回文的Y染色体长臂AZF区缺失模式示意图。指南建议的STS引物（sY85, sY86, sY127, sY134, sY254, sY255）也被定位。除AZF缺失(AZFa, AZFb, AZFb+c, AZFc)外，部分缺失（b1/b3,b2/b3, gr/gr）用箭头表示

2.2 | Y染色体微缺失

Y染色体微缺失通常是Y染色体长臂常染色体部分的缺失，包括AZF区域。AZF缺失是目前精子发生状况的唯一预测因子，其有助于在无精子症患者micro-TESE的成功率。当尚未完全揭示Y染色体序列时，AZF通常细分为AZFa，AZFb和AZFc。Vogt等研究了大量男性患者，并利用Y染色体的男性特异区域（MSY）的分子定位以及睾丸的组织学发现将AZF分为a、b和c。在2003年完成MSY的物理图谱和基因组测序后，发现扩增序列的同源性超过99%，并被组织成大量回文序列。回文序列因此显示出几乎完全的对称性，这使它们能够形成一个发夹环。这种结构使Y染色体能够进行同源重组，即使在没有相应的同源染色体的情况下，也可以进行DNA修复，而常染色体通常会利用这种重组。这一机制被认为是维持MSY功能和多样性的重要机制。基于这种回文结构，提出了一个详细的缺失模型（图1）。AZFb（P5 /近端P1）和AZFc（b2 / b4）区域部分重叠。

对于AZFa、AZFb和AZFc的检测，PCR引物应至少包括sY14（SRY）、ZFX/ZFY、sY84、sY86、sY127、sY134、sY254和sY255。必须注意研究人员是否使用了不同的引物来诊断AZF缺失。

AZFa区域跨越1100kb，仅包含两个基因，USP9Y和DDX3Y。该区域还包含了逆转录病毒的序列，如HERVyq1和HERVyq2，它们是人类在进化过程中获得的。在这些位于AZFa侧翼的逆转录病毒定向序列之间，可能发生同源重组而导致AZFa的缺失。

AZFb区域全长6.2 Mb，含有包括HSFY和RPS4Y2在内的32个基因拷贝和转录单位。同样，基于回文结构，AZFb缺失位于P5和近端P1之间，这可能是由于回文之间的同源重组而发生的。完全性AZFb或AZFb+c缺失患者的组织学表型显示唯支持细胞综合征或成熟阻滞，均可导致无精子症。

AZFc区域全长3.5 Mb，包含12个基因和转录单位，包括DAZ、GOLGA2LY和CSPG4LY。完全AZFc缺失是由扩增子b2和b4之间的同源重组引起的。这种情况表现为不同程度的生精障碍。通常，AZFc缺失会导致精子发生低下，通常表现为无精子症、严重少精子症或组织学检查发现。Zhao等报道了中国183例AZFc缺失病例；105例患者射精液中有精子，且有6例自然妊娠。这项研究表明，AZFc缺失表现不同水平的精子产生，甚至超出了我们的预期。

在临床实践中，必须根据AZFa、AZFb和AZFc缺失的检查结果来考虑无精子症患者micro-TESE手术的适应证。2003年，Hopps等报道有AZFa或AZFb缺失的患者SRR非常差（0%），而在AZFc缺失患者的SRR高（75%）。根据美国生殖医学学会的最新推荐意见，在AZFa，AZFb和AZFb + c缺失的患者中，睾丸取精是没有希望的。另一方面，对于AZFc缺失的患者可以推荐micro-TESE，但应该清楚的是，这种缺失几乎肯定会遗传给他们的儿子。据报道，具有AZFc缺失的患者其卵胞浆内单精子注射的妊娠率和活产率与没有缺失的患者相当，而一些研究报道受精率和胚胎质量的结果降低，或卵胞浆内单精子注射后怀孕的几率较低。

2.3 | AZF部分缺失

随着Y染色体回文结构的揭示，许多研究证实了AZF区存在部分缺失。例如，开发了使用精确序列标记位点标记的创新诊断试剂盒，并提供了关于AZF区域部分缺失的新数据。然而，这些部分缺失对于精子发生的影响仍不清楚。因此，部分缺失并不是支持或反对为这些患者使用辅助生殖技术或micro-TESE的决定因素。同样应该记住的是，这些缺失的基因会遗传给他们的儿子。

包括1.6Mb片段（几乎是AZFc区域的一半）去除的gr/gr缺失，形成了一类由扩增子g1/g2、r1/r3和r2/r4之间重组引起的AZFc缺失。它包括CDY1 （CDY1a）基因的一个拷贝，DAZ （DAZ1/DAZ2）基因的两个拷贝以及BPY2基因的一个拷贝。其他缺失组合也有报道：DAZ1/DAZ2+CDY1a、DAZ1/DAZ2+CDY1b、DAZ3/DAZ4+CDY1a和DAZ3/DAZ4+CDY1b。这些缺失对患者生育能力的影响在很大程度上取决于人群的种族和地理来源。有很多报道表明gr/gr缺失对精子发生有不良影响，尤其是在高加索人群中。另一方面，在包括日本和中国在内的亚洲人群研究中，还没有发现其对精子发生的负面影响。这些差异的原因尚不清楚，但可能归因于Y单倍型和缺失亚型。据报道在日本人群中gr/gr缺失占所有检测病例的33.7%（260/772），其中Y染色体的单倍型D中普遍存在缺失（86.2%）。这表明gr/gr缺失并不影响日本人群的精子发生。2019年，Iijima等同一研究小组报告了日本1030名不育男性中gr/gr缺失的比例几乎相同。然而，他们也指出gr/gr缺失患者的SRR相对低于没有缺失的患者（18.8% vs 28.7%， P = .09），尽管差异无统计学意义。因此，其临床意义仍存在争议。

b2/ b3缺失去除了AZFc部分的1.8 Mb。b2 / b3缺失的机制很复杂，b2 / b3或gr / rg缺失后是gr / rg或b2 / b3反转。2009年报道在中国人群中b2/b3部分缺失与男性不育相关。相反，在其他人群的研究并没有显示出其与不育症的任何关联。Yuan等报道了b2/b3亚缺失的自然传递。他们对4名完全缺失AZFc或AZFb+c的不育男性患者的每位父亲进行了Y微缺失检测。结果在所有的父亲中都发现了b2/b3亚缺失，尽管这些父亲并不是不育的，而且其儿子都是通过自然分娩出生的。

b1/b3缺失去除了1.6Mb的AZFc区域。这种缺失被定义为在存在其他序列标记位点的情况下sY1161、sY1191和sY1291的缺失。b1/b3缺失的机制涉及同源重组，可能发生在姐妹染色单体之间或一个染色单体内部。其发生频率在以前的报告中有所不同。由于其发生频率较低，因此b1/b3缺失对精子发生的影响尚不清楚。

2.4 | 先天性双侧输精管缺如

先天性双侧输精管缺如（CBAVD）是梗阻性无精子症的病因之一。有时将其视为囊性纤维化的症状，囊性纤维化是导致外分泌腺疾病的遗传病。囊性纤维化和孤立性CBAVD是常染色体隐性遗传，被认为是囊性纤维化跨膜传导调节蛋白（CFTR）相关疾病。Yu等在他们的荟萃分析中报道78%的CBAVD患者至少有一个CFTR突变，而5T等位基因和5T/（TG）12_13可能是CBAVD风险增加的原因。在日本，由于CFTR突变的频率非常低，目前还没有针对这种突变的商业检测。

2.5 | 男性不育症的新候选基因

如上所述，Y染色体的AZF区域包含影响精子发生的基因。过去十年间，全基因组关联研究在遗传分析技术上取得了显著进展，并且许多常染色体和X染色体基因被报道与精子发生障碍可能相关。表2列出了所报道的与少精子症、弱精子症和无精子症相关的代表性候选基因。目前，尚没有像在AZF区域所观察到的与男性不育明确有关的基因突变或缺失。然而，有几个基因可能是男性不育的潜在候选标记物。例如，已报道X染色体上的TEX11基因（Xq13.2）在人类减数分裂中起着关键作用。它编码脊椎动物中的一个104kDa蛋白，被认为是参与双链DNA断裂修复的减数分裂特异因子。组织学分析显示TEX11突变的无精子症患者为成熟阻滞。特别是对于特发性NOA或严重少精子症患者，广泛的基因诊断组套检测将有助于获得更准确的诊断。

表2 已鉴定的可能与男性不育有关的常染色体和X染色体基因 

缩写：NOA，非梗阻性无精子症；OAT，少弱畸形精子症；OMIM，人类联机孟德尔人遗传。

2.6 | 遗传学咨询

对于每位接受基因检测的夫妇来说，遗传咨询是强制性的，必须提供有关这种疾病的信息、不育症的治疗选择以及怀孕染色体或遗传疾病婴儿的可能性的信息。理想情况下，还应向患者提供检测前咨询，以增进对检测优缺点的理解。除XX男性和某些Y染色体大缺失的病例外，大多数具有染色体异常的无精子症患者都可以进行micro-TESE。这些染色体异常向下一代的遗传率取决于异常的类型，这是目前讨论较多的话题。在AZF缺失的情况下，AZFa、AZFb、AZFbc或AZFabc的完全缺失表明精子产生为零。因此，不应推荐micro-TESE。至于AZFc缺失，尽管SRR比不明原因的NOA相对较高，但夫妻应该认识到该缺失很有可能会遗传给其儿子。此外，由于不同的遗传背景和环境因素，每个个体的AZFc表型都不同，因此无法预测其儿子的确切睾丸表型。

3 | 结论与未来展望

严重少精子症和无精子症患者应进行染色体分析和AZF缺失检测。特别是在无精子症的情况下，必须进行这些检查以考虑应用micro-TESE的适应证。除了AZF缺失外，目前还没有其他可用的男性不育症或预测无精子症患者取精成功率的遗传标记，尽管在过去的10年中已经发现了许多可能导致无精子症的候选基因。尽管我们应该认识到男性不育症的多因素方面和遗传异质性，但由于新一代测序技术的进步，在未来十年更好地定义男性不育症的可能性可能会增加。在染色体分析前、后和基因突变分析中应提供遗传咨询。