关于“超雄”或“超雌”，我们对染色体的了解还太少
关于“超雄”或“超雌”，我们对染色体的了解还太少
最近，一则关于孕妇在孕检时发现胎儿染色体异常（XYY型）的新闻引发了广泛关注。这种被称为Jacobs综合征的情况，虽然听起来令人担忧，但其实人体有一套复杂的机制来应对性染色体的异常。本文将带你深入了解染色体异常背后的故事，以及人体如何通过剂量补偿机制来维持正常的生理功能。
图1：课件示意图
巴氏小体与剂量补偿效应
1949年，加拿大科学家Barr在研究雌猫神经元时发现了一个有趣的现象：雌猫的细胞中存在一个染色很深的染色质小体，而雄猫中却没有。后来，科学家们在人类女性的口腔上皮细胞和表皮细胞中也发现了这种结构，并将其命名为巴氏小体（Barr's body）。巴氏小体的发现揭示了一个重要的生物学现象——剂量补偿效应。
剂量补偿效应确保了性染色体上的基因在两个性别中的遗传效应接近。因此，尽管女性有两条X染色体，但她们在外形上与男性差别不大。这种效应的一个直观表现是，常染色体数目异常（如21三体综合征）通常会导致严重的健康问题，甚至无法存活，而性染色体数目异常（如3X染色体综合征）虽然也会导致一些问题，但通常不会危及生命。
图2：21三体综合征患者舟舟
X染色体失活机制
1961年，Lyon提出了单个X染色体剂量补偿机制的假设，称为莱昂假设。这个假设指出，在胚胎发育到一定阶段时，女性的一条X染色体会随机失活。这些细胞复制出的子代细胞也会保持相同的失活状态，因此所有女性都可以被认为是嵌合体。
这种机制在三色猫中表现得尤为明显。由于控制毛色的基因位于X染色体上，当一群细胞活化的基因为橘色时，毛色就呈现橘纹；否则就为黑纹。这也是为什么三色猫中公猫较少的原因，因为公猫通常只有一条X染色体。
X染色体上的XITS基因是控制失活的关键。它转录出的功能性非编码RNA会阻碍该条X染色体的活化。有趣的是，Y染色体上不存在这样的片段，且其表达似乎比X染色体更强烈。这解释了为什么即使有两条X染色体，克林菲尔特综合征（XXY）患者的外表仍然为男性。
图3：特纳综合征患者可能表现出的蹼状颈
染色体异常与遗传疾病
尽管X染色体失活是一种正常的生理现象，但有时也会带来一些问题。例如，杜氏肌营养不良是一种伴X染色体隐性遗传病，由Dystrophin基因突变引起。通常认为，由于女性有两条X染色体，携带者（即只有一条X染色体含致病基因）个体不发病或症状轻微。然而，有2.5%到20%的携带者会发病，原因在于恰巧那条携带正常基因的X染色体失活了。
红绿色盲（同样为伴X染色体隐性遗传病）的携带者通常自己没啥感觉，只有在进行更详细更精准的色觉测试时才会表现出来色盲的症状，就是因为那些表型正常的细胞代替了一部分患病细胞的功能。
图4：色盲测试图
动物界的性染色体多样性
剂量补偿效应可能与动物性染色体的演化有关。XY染色体并非动物界决定性别的唯一方式，如鸟类就是ZW染色体决定的。而且，并非所有动物的性染色体都只有两条，比如鸭嘴兽和一些种类的针鼹鼠总共有5对XY染色体。
图5：鸭嘴兽的染色体核型
科学家们一直猜测，性染色体是由常染色体逐渐演化来的，这种演化伴随着性染色体上一些“无关紧要”的基因不断丢失。为了避免丢失带来的害处，才演化出了补偿机制来让性染色体基因表达恢复到向常染色体那样成对表达的水平。
图6：剂量补偿效应示意图
目前这种剂量补偿效应仅在XY决定性别的动物中发现，在ZW决定性别的动物中并未发现。不同哺乳动物也有不同的补偿机制，如袋鼠等有袋类动物总是父亲给的那条X染色体失活，而人类等胎盘类哺乳动物则是随机失活。
XY决定性别的生物还有果蝇，但和人类当然不太一样。尽管雌性果蝇的基因型也为XX，但它们两条X染色体都有活性，所以基因表达为XY或XO的雄性，那条X染色体会发生超活化，即表现出来两倍的遗传效应。
而秀丽隐杆线虫则更加有趣，由于其两条X染色体都能够表达，但都只表达出一半，这样加起来相当于雄性XO个体表达了一个X染色体。
图7：不同生物的剂量补偿效应机制
我们对性染色体的认知其实很有限，不过就像你要是看不懂这篇文章就发给生物好的人给你讲解，要是遇到医学上的问题就安心地咨询并相信医学专家遗传专家。不妖魔化任何一种病也是对所有生物个体的尊重。