染色體「X 檔案」解密！——談談女性「X 染色體去活化」機制

染色質是遺傳物質嗎

#男性的Y染色體會消失嗎#染色體「

X

檔案」解密！

——

談談女性「

X

染色體去活化」機制

在數學和科學中，男人和女人的智力沒有差異。男性和女性之間基因的差異只是

Y

染色體，與智力無關。

Christiane

Nusslein

-Volhard

（

1995

年諾貝爾醫學獎）

當過父母親的讀者大概都注意到，男、女孩在非常早期，就已經顯示出非常不同的特質：例如將玩偶女娃與玩具汽車擺在他們之前，大部分的女孩都會選擇前者，而大部分的男孩則會選擇後者。這到底是後天受影響還是天生的「演化」結果，大概將永遠爭論不休。但男女身體構造不同（最明顯的當然是生殖器官），則是一個無所否認的事實！

現在科學家已毫無疑問地確定男女間的生理差別是因為「遺傳因子」不同造成的，這些遺傳因子就存在細胞核的染色體內。

檢查

比較男女的染色體，可以清楚地看出，在

23

對染色體中，男女之間有一對明顯地非常不同的「性染色體」：女性那對外表相似的性染色體為

X

；而男性除了一條

X

外，另一條則被一位身材矮小、被稱

Y

的染色體取代！顯然造物者是有點不公平，但是對誰不公平呢？

本文擬探討，性染色體

XX

與

XY

的發現與

工作

機制，男女之間多（少）一條

X

染色體，是怎樣的機制使其正常

工作

的呢？

遺傳物質藏身處：染色體的發現

德國生物學家弗萊明（

Walther

Flemming

, 1843-1905

）為研究細胞的遺傳物質及染色體之「細胞遺傳學」（

cytogenetics

）的創始人：他首先觀察並系統地描述正常細胞分裂期間之細胞核中染色體行為的人。

1879

年時，弗萊明發現在細胞分裂過程中，細胞核中呈顆粒狀的結構能大量吸收紅色合成苯胺染料，並從希臘語「顏色」一詞中將這些結構命名為「染色質」（

chromatin

）。

四年後德國解剖學家瓦爾德耶爾（

Heinrich

Waldeyer

）改稱為「染色體」（

chromosome

）。染色技術使弗萊明能夠詳細地觀察到在細胞分裂的過程中，這些染色體呈線狀縱向分裂產生兩個相同的兩半，因之將此過程稱為「有絲分裂」（

mitosis

）

[

注

一

]

。

有絲分裂示意圖。

儘管弗萊明有敏銳的觀察力，但他並未意識到細胞分裂可能與遺傳有關。

1865

年，被稱為「遺傳學之父」之門德爾（

Gregor Mendel

）的豌豆實驗顯示遺傳應以離散單位傳輸，每個單位有上代父母親之半個單位組成。

1902

年，美國遺傳學家和醫師薩頓（

Walter Sutton

）

謂門德

爾遺傳定律可以應用於生物體細胞內的染色體（現稱為

Boveri

-Sutton

染色體理論）。他描述了現代遺傳學的細胞基礎：細胞含有父母雙方每個染色體中的一個；後代從每個父母那裡

透過

卵

子受精各獲得一條染色體，從而形成一對染色體。當然，我們現在知

道門德

爾的遺傳單位就是

DNA

裡面的基因，而

DNA

就是「躲藏」在染色體內。

男女有別，差在染色體

人類細胞內有多少對染色體呢？

1923

年，美國動物學家潘特耳（

Theophilus Painter

）由他所謂的「最佳細胞」或人體睪丸的最佳部分「證明」了人類具有

48

條染色體。這錯誤一直持續到

1956

年，才由瑞典隆德（

Lund

）遺傳研究所的齊歐（

Joe H.

Tijo

）和雷面（

Albert Levan

）確定實際數目是

23

對（

46

條）染色體。

這

23

對染色體當中，有一對非常突出不同於其它的：那就是男性具有稱為

X

及

Y

的不同染色體，而女性則具有一對相似的

X

染色體！

男女生理上的差異源自性染色體的組成不同：男性具有

X

及

Y

染色體，女性則有一對相似的

X

染色體。

當然，因為男女有別，這一發現應該不會

讓令人

驚奇。

X

染色體相當大，約含

1300

個

基因；這些基因在大腦功能上佔了不成比例的重要性，在卵巢或睪丸形成的各個階段、以及雄性和雌性的其他生育能力上也扮演了許多必要的角色。而

Y

染色體則特別小，只含

40 – 50

個

基因而已：當然其中許多是雄性生殖所必需的。

就性別決定而言，

Y

染色體中最重要的是一個稱為

SRY

的基因；

SRY

蛋白啟用胚胎中決定睪丸的途徑，促使產生最重要之「男性」睪丸激素，使胚胎男性化。萬一

Y

染色體內缺

少了

SRY

基因或

SRY

基因受損，則該男性的外表將出現女性化。而如果父親的精子在形成過程中，

Y

染色體中的

SRY

基因的

一

小部分「不小心」地轉移到

X

染色體上，則性染色體為

XX

染色體的孩子，也會出現男性的特徵。

前面提到，

X

染色體中的基因在大腦功能上佔在有相當重要的地位。因此亞當可能會反對為什麼上

帝只賜給他一個

X

染色體，但卻給夏娃兩個！還好生物學家發現染色體多並不是好現象！事實上除了編號為

21

的染色體外，任何

其它多

一條染色體的胚胎都沒辦法正常發展，只有胎死腹中一途！而多了一條

21

號染色體的胚胎呢？那正是出生後患有「唐氏病」（

Down

’

s syndrome

）的原因！

「唐氏病」是由第

21

號染色體出現三體現

象

造成的遺傳疾病。

由此看來，細胞的基因表現上，一對染色體中多

50%

顯然不是什麼好事，那麼女性的

X

染色體比男性的

X

染色體整整地多了一倍，那上帝不是在故意給夏娃找麻煩嗎？

過猶不及

—— X

染色體的去活化

英國遺傳學家瑪莉．里昂（

Mary Lyon

）。

沒有

X

染色體當然是不行，但顯然太多也不是福。在

1960

年代初期，英國遺傳學家瑪莉

里昂（

Mary Lyon

）提出了

X

染色體「劑量補償」（

dosage compensation

）的假設。

她預測：

正常雌性的細胞僅含一條活性（

active

）

X

染色體；

另一條

X

染色體在早期胚胎髮展過程中就被「去活化」（

inactivation

）了；

被去活化的

X

染色體可能是父親或母親的版本，在每個細胞內個別隨機發生；

發生在「體細胞」

[

注

一

]

內的去活化是不可逆的，隨細胞分裂一代

一代

地傳下去。

經過半個世紀多的研究，這些預測現在被證明是完全正確的，因此有些教科書稱此

一

「去

X

染色體活性」為「里昂化」（

Lyonization

）

不少生物學家、細胞學家、遺傳學家認為里昂有資格獲得諾貝爾獎。看來上帝還是公平的：夏娃雖然有兩條

X

染色體，但只有一條具有活性，另外一條看來只是裝飾用的。

由於

X

染色體與其他染色體有所不同，我們的身體顯然有特別

識別

及計數的機制，如前面所介紹的，除了

21

號染色體外（唐氏症），多出任

何其它

染色體的胚胎都沒辦法正常發展。因為這個

識別

、計數、及去活化的機制，多條

X

染色體的胚胎常常可以生存下來，只是生理機能上會出現某些缺陷！

突變的性染色體的遺傳疾病

在筆者在

蘇俄最後沙皇與血友病

（科學月刊

2020

年

6

月號）

一文中，提到血友病通常是一種因

X

染色體中單個基因突變造成的遺傳性出血疾病。男性因為只有一個

X

染色體，所以只要它不正常，就足以引起血友病。女性因有兩個

X

染色體，加上血友病基因為「隱性

」（

recessive

），故兩個複製都必須發生突變才能引起這種疾病（非常罕見）。

著名血友病基因攜帶者亞歷山德拉和俄羅斯帝國末代沙皇尼古拉二

世

的訂婚照。

女性每個細胞內確實是有兩個

X

染色體，但是隻有一個具活性！還好去活化的過程是隨機的，因此對帶有一個複製血友病基因的女性來說，機率上應該有半數的基因表現正常！但就幫助受傷後之血液凝結卻已經足夠了！

但在雷

特

綜合症（

Rett syndrome

）這方面，就是另一個故事了。雷

特

綜合症是一種罕見的神經系統疾病

[

注二

]

，主要發生在女孩中，常造成語言和協調障礙，以及重複性動作，影響了孩子各方面的生活。

雷

特

綜合症的起因與血友病相似：

X

染色體上的一個名為

MECP2

的基因突變引起的。但與血友病不同的是：具有類似突變的男孩通常會在出生後不久就死

亡，因此很少看到患有此症的男孩。只有一條正常

X

染色體的女性就不像血友病那麼幸運：經

X

染色體去活化後，只有一半正常

MECP2

基因來製造蛋白質已不能阻止雷

特

綜合症了！可想而知，正在研發中治療此病的一個方法是設法活化被去活化的正常

X

染色體。

與諾貝爾獎失之交臂的瑪麗

·

里昂

「里昂化」，即

X

染色體去活化，彌補了

XX

雌性和

XY

雄性之間基因劑量的差異。提名里昂為

1984

年英國皇家勳章得主之推薦信謂：「它（

X

染色體去活化）為雌性哺乳動物長期存在的

X

劑量補償問題提供瞭解決方案，揭示了細胞中存在異常數量的性染色體的本質，改變了人類某些腫瘤和慢性粒細胞白血病起源的觀念，併為思考關閉基因的基本機制提供了參考。正如科學家很快將其稱為里昂化一樣，它也許比任何最近之生物學概念開闢了更多的研究領域，及激發了更多的工作。」

儘管做出了重大的貢獻，卻不知道為什麼里昂與諾貝爾獎無緣？如果是因帶兩個

X

染色體的關係，那顯然諾貝爾獎委員不瞭解她的

X

染色體去活化理論。里昂於

1984

年獲得英國皇家勳章獎，

1997

年獲得被稱為是貝爾

獎重要

預測指標的沃爾夫醫學獎（

Wolf prize

）

[

注三

]

。

沃爾夫基金會標誌。

本稿完成於「淡淡的三月天，杜鵑花開在山坡上，

…

」

[

注四

]

之際：適逢

3

月

8

日為全世界婦女節，三月為美國、英國、及澳洲的婦女歷史月，僅以此文獻給被諾貝爾獎委員會遺忘的瑪麗

·

里昂。

註解

注

一

：有絲分裂即是一般執行普通身體功能之體細胞（

somatic cell

」的分裂方法。多細胞生物體內尚含有負責傳遞遺傳資訊的生殖細胞（

germ cell

）；它們可以分裂產生精子和卵子。

1883

年，比利時細胞學家

Eduoard

van

Beneden

發現精子和卵子只含半數染色體。為了說明性細胞中染色體的減半，德國生物學家魏斯曼（

August Weismann

）在

1887

年提出必須有另一種不同型別的細胞分裂；到

1900

年，生物學家終於瞭解了此

一

減數分裂（

meiosis

）的細胞分裂過程。

注二：大部分是因為突變造成的，不到

1%

是遺傳的。

注三：沃爾夫基金會成立於

1978

年，設立每年頒發一次的醫學、農業、化學、數學、物理、和藝術六項沃爾夫獎。

該獎項被認為是科學界第二負盛名的獎項，為諾貝爾獎的重要預測指標。但因諾貝爾獎不發給死人，因此即使諾貝爾會員現在想發給里昂（

1925-2014

），也是「樹欲靜而風不止，子欲養而親不待」了！

注四：《杜鵑花》是

1950

年代

孩子耳熟能詳的一首歌，其實它卻是原籍廣東省的作曲家黃友棣創作於

1941

年，中國「對日抗戰」中期，描述烽火時代兒女情長的歌曲，在四川、雲南等大後方受到青年學子的喜愛而流行一時、廣為傳唱，是一首「抗戰時代歌曲」（取自

）。是筆者小時候非常喜歡的一首歌。

【旗艦店 現貨】染色體異常與遺傳諮詢第5版 徐叢劍主譯 2020年11月參考書

¥

201。6

京東

月銷2

購買

科技改變生活，知識改變命運！

關注“新千萬個為什麼”，獲得手機、相機、數碼、3C等科技最新資訊！