关于“超雄”或“超雌”，我们对染色体的了解还太少

最近大家可能关注到一个事，有位孕妇在做孕检时，发现胎儿的Y染色体多了一条，是XYY型，学名是Jacobs综合征（超雄不是一个规范的名字）。

留不留下这个孩子应该是孕妇本人和遗传咨询专家之间的事情，围观者们可以好奇一下，减数分裂哪一个时期异常导致出现XYY型的异常受精卵？以及大家有没有想过，正常女性性染色体组成是XX，同样都有两条，为什么两条Y就不对劲，两条X染色体就是正常人呢？

今天课件有点难，可以拿给生物老师帮你理解

多一条就让另一条闲着

在回答这个问题之前，让我们回到1949年，那时候加拿大学者Barr在对雌猫神经元观察时发现，这些细胞有一个染色很深的染色质小体，在雄猫中却并没有发现，且在人类女性的口腔上皮细胞、表皮的细胞中也找到了，在男性中却没有找到。由于发现其与X染色体的数目和性别有关系，就称为性染色质小体，或巴氏小体（Barr’s body）。

箭头所指处就为巴氏小体

图源：mun.ca

巴氏小体是哺乳动物剂量补偿效应（dosage compensation effect）的体现之一, 对XY性别决定的生物，剂量补偿效应能保证性染色体上的基因，在两个性别中的遗传效应接近，所以虽然女性有两条X染色体，外形上和男性差别不大。

这个效应还有一个最直观的表现是，通常我们会发现，常染色体数目异常甚至仅仅是缺失一个小片段，如21三体综合征（即唐氏病，患儿有3条21号常染色体），绝大部分很可能无法活过胎儿时期，即使活下来也明显感觉到和健康人不太一样。

21三体综合征的患儿能侥幸出生的原因，也是因为21号常染色体比较小，影响相对较小。

唐氏患者舟舟，也是天才指挥家

而性染色体数目异常，如3X染色体综合征（即有3条X染色体，超雌的说法也不规范），尽管仍然会有智力降低、发育迟缓等问题，通常没有性命之忧，仍具有完整的社会功能，有的人甚至终身都不知道自己多了一条染色体，正是因为人体能对超数的性染色体进行一定程度的补偿。

一条性染色体失活会发生什么？ 

可到底是怎么补偿的呢？1961年，lyon对单个X染色体的剂量补偿机制提出了假设，称为莱昂假设，大体内容为：有一条X染色体会在胚胎发育到一定阶段（大概在十几天）时失活，至于失活从妈还是从爹那得来的，是随机的。

这些细胞复制出的子代细胞，也同亲代一样失活同一条X染色体。从这个角度，所有的女性都可以算作嵌合体。我们非常喜爱的三色猫正是最萌的例子，它们控制毛色的基因位于X染色体，由于只有一条X染色体具有活性，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。

有没有想起来被高中生物遗传题支配的恐惧

图源：bio.miami.edu

正因为这样，三色猫少有公猫，毕竟只有那一条X染色体。可以影响动物毛色，自然也会影响人类肤色，例如我们之前曾有一篇文章谈到皮肤镶嵌现象，有一部分就是与X染色体相关的遗传疾病所表现的皮肤现象。

X染色体上的XITS基因是控制失活的关键，它并不会转录出能翻译出蛋白质的RNA，而是转录出功能性的非编码RNA，阻碍该条X染色体的活化。XITS基因的表达也随着X染色体的数目而增强。

Y染色体上自然并不存在这样的片段，且有趣的是其表达似乎也比X染色体更强烈，克林菲尔特（Klinefelter）综合征即基因型为XXY的患者即使有两条X染色体，外表仍然为男性。

Klinefelter综合征，患者外观仍然是男性，但是乳腺增大，毛发稀少

不过，失活的X染色体并不是所有的基因都不表达了，例如特纳（Turner）综合征（基因型为XO），或克林菲尔特综合征的患者都会表现出发育缺陷，这些现象都表明，失活的X染色体也有一些基因悄悄地表达，即在性染色体上有的基因也会像常染色体上的那样成对表达。

特纳综合征可能的表现——蹼状颈（webbed neck）

尽管这是正常的生理现象，不过人有时也会被它陷害。例如杜氏肌营养不良（duchenne muscular dystrophy）是一种伴X染色体隐性遗传病，是X染色体上的Dystrophin基因突变引起的。通常我们认为，由于女性有两条X染色体，所以携带者（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，正是因为恰巧那条携带正常基因的X染色体失活了。

杜氏肌营养不良的患者，由于呼吸肌因疾病丧失功能，除了没办法走路，甚至需要戴上呼吸机生活。

当然，也由于这样的机制存在，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。

测试一下，图里是什么数字？

动物的性染色体更“玄学”

剂量补偿效应或许和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，也并不是所有动物性染色体只有两条，比如鸭嘴兽和一些种类的针鼹鼠总共有5对XY染色体。

鸭嘴兽的染色体核型，总共有5对XY染色体，而且各自有自己的功能。不过它们就是只有雌雄两个性别的哈。

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，老鼠身上的Y染色体甚至几乎仅剩下决定性别的基因了。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。

对奄美刺鼠的一项研究让科学家们认为，鼠或人类的y染色体是可能逐渐消失的。图源：loststory.net

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，所以还算是个独门绝技。不过不同的哺乳动物也有着不同的补偿机制，如袋鼠等有袋类动物，总是父亲给的那条X染色体失活。相较人类等胎盘类哺乳动物，这种失活会带给母亲那条X染色体相当大环境选择的压力，出了什么问题那子代存活的几率都会变小，从这个角度看来，所以还是随机失活要“先进”些。

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。

不同生物的剂量补偿效应的机制，上为哺乳动物，中为果蝇，下为线虫。秀丽隐杆线虫有两种性别:性染色体组成为XX的是雌雄同体,XO为雄体。图源：参考资料[5]、agro-chemistry.com、biochemtech.eu

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。

参考文献

[1]. Ahn, J. & Lee, J. (2008) X chromosome: X inactivation. Nature Education 1(1):24

[2]. Brown, C. J. et al. （1991） A gene from the region of the human X inactivation centre is expressed exclusively from the inactive X chromosome. Nature 349, 39.

[3]. Ercan S. Mechanisms of x chromosome dosage compensation. J Genomics. 2015 Jan 1;3:1-19. doi: 10.7150/jgen.10404. PMID: 25628761; PMCID: PMC4303597.

[4]. Venugopal V, Pavlakis S. Duchenne Muscular Dystrophy. [Updated 2023 Jul 10]. In: StatPearls [Internet]. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing; 2024 Jan-. Available from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK482346/

[5]. Paro R, Grossniklaus U, Santoro R, et al. Introduction to Epigenetics [Internet]. Cham (CH): Springer; 2021. Chapter 4, Dosage Compensation Systems. 2021 Mar 24. Available from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK585705/ doi: 10.1007/978-3-030-68670-3_4

撰文 | 萧旭

部分图片 | 图虫创意

微信编辑 | 赵之遇