第一节　人类染色体

一、染色体的组成和结构

染色质的主要化学成分是DNA和组蛋白，还有非组蛋白和少量的RNA。DNA与组蛋白构成染色质的基本单位，即核小体（nucleosome），它是染色质的稳定成分，而非组蛋白和RNA的含量则随生理状态变化而变化。真核细胞染色质中的组蛋白有H1、H2A、H2B、H3和 H4 五 类，其 中 H2A、H2B、H3、H4为各2个分子组成的八聚体，其外周缠绕长约146bp的DNA片段构成核心颗粒，核小体核心颗粒之间通过60bp左右的连接DNA相连。组蛋白H1位于盘绕在八聚体上的DNA双链开口处。

电镜下可见成串核小体折叠形成直径约30nm的圆柱状螺线管（solenoid）结构。螺线管每隔约100kb结合于非组蛋白支架上形成袢环，每18个袢环呈放射状平面排列形成直径约800nm的微带（miniband）。而染色体就是由几十个到上百个微带沿纵轴构建形成的。经过四次超螺旋折叠，DNA长度压缩了近万倍。这种巧妙而有效的包装方式，使细胞在分裂过程中能够把携带遗传信息的DNA以染色体形式平均分配给子细胞。

二、人类染色体的数目与结构形态

1956年，华裔学者蒋有兴（Tjio）和瑞典学者Leven以人胚胎细胞为实验材料确认人类体细胞的正常染色体数目为46条。

在真核生物中，一个正常成熟的生殖细胞（配子）中所含的全套染色体称为一个染色体组。具有一个染色体组的细胞称为单倍体（haploid），以“n”表示；具有两个染色体组的细胞称为二倍体（diploid），以“2n”表示。人类属于二倍体生物，其精子或卵子中所含染色体数为23条，即n=23条；其正常体细胞所含染色体数为2n=46条，即23对。每对染色体中一条来自父方，一条来自母方，它们互称为同源染色体（homologous chromosome）。

中期染色体由细胞分裂前复制的两条DNA分子构成，即两条姐妹染色单体（sister chromatid）。姐妹染色单体通过着丝粒（centromere）相连接。着丝粒是一种高度有序的整合结构，是细胞分裂中染色体与纺锤丝整合附着的部位，与染色体的有序分离密切相关。失去着丝粒的染色体片段通常在分裂后期不能向两极移动而丢失。

根据染色体大小和着丝粒位置的不同，可将人类22对常染色体由大到小依次编号，并分为从A～G 7个组。X和Y染色体分别归入C组和G组。对一个细胞中全部染色体按其大小和形态特征，依次排列而成的图像称为核型（karyotype）。对染色体进行计数、配对、分组并分析形态特征的过程称为核型分析（karyotype analysis），对于探讨人类染色体病的病因、物种亲缘关系的鉴定等均有重要意义。

但除了1、2、3、16号和Y等几条特征较明显的染色体外，大部分染色体在显微镜下只能鉴别出属于哪一组，很难区分各组内染色体的具体序号。对于染色体发生的一些结构畸变，如易位、倒位和较小的缺失等也不能检出，这使得对染色体结构畸变的研究与临床应用受到极大限制。

为了完全显现染色体的细微结构，准确识别特征相近的同组染色体，人们发展出染色体显带技术。对染色体标本进行一定处理后，以特定染料染色，使染色体沿其长轴显现深浅相间的带纹。染色体显带的原理较复杂，一般认为与该部位的染色质组成与结构有关。根据所用技术不同，可分为显示整条染色体带的Q、G、R显带等，以及显示特殊染色体结构的C、T、N显带等。临床上最常用的是以吉姆萨染色（Giemsa staining）的G显带（图2-3-1）。由于同源染色体的带纹基本相同且稳定，非同源染色体的带纹各不相同，因此根据染色体的带型可准确鉴定每一条染色体并判断出染色体的某些结构畸变。

图2-3-1　染色体G显带图

1971年在巴黎召开的第四届国际人类细胞遗传学会议和1972年的爱丁堡会议提出了区分每个染色体区、带的标准，确定了统一的符号和缩写术语，称为人类细胞遗传学国际命名体系（International System for Human Cytogenetics Nomenclature，ISCN）。

根据ISCN规定，每一染色体都以着丝粒为界标，分成短臂（p）和长臂（q）。沿着染色体的臂丛着丝粒开始向远端连续地标记区和带，每条臂上与着丝粒相连的部分定义为1区，稍远的区定义为2区，依此类推。定为界标的带就作为下一个区的1号带（图2-3-2）。描述一特定带时需要写明4个内容：染色体序号；臂的符号；区的序号；在该区内带的序号。这些内容需要依次列出，不需要间隔或标点符号。例如，1q31表示第1号染色体，长臂，3区，1带。随着高分辨染色体显带技术的发展，现已能在染色体上呈现出更多带纹，一些带又可分割为亚带。亚带命名示例为1p31.1。如果亚带再进一步分割为次亚带，则只附加数字，中间不插入间隔或标点，如1p31.11。

图2-3-2　人类染色体G显带分区图（1号染色体）