一、發病原因
單一的X染色體多數來自母親，因此失去的X染色體可能由于父親的精母細胞性染色體不分離所造成。在某些條件下，細胞中的染色體組可以發生數量或結構上的改變，這一類變化稱為染色體畸變。Morgan曾用染色體突變一詞。也有人認為這兩個術語專指染色體結構變化。為了避免混淆，Ford主張將染色體數量和結構的變化統稱為染色體異常。采用染色體畸變(或突變)是從廣義理解，即指染色體異常。
現已知道多種因素可造成染色體畸變，也可以說大多數致突變的因素都可以引起染色體畸變。目前對于這些原因還只是一般的了解。有待進一步的研究。
1.物理因素
第二次世界大戰后，隨著“原子時代”的到來，在人類的活動中越來越多的運用原子能，在科學研究、醫學和工農業發展中原子能已成為不可缺少的手段，核武器的研制與試驗以及人類向宇宙空間的探索等，使電離輻射成為影響全人類和整個有機界的重要因素。
人類所處的輻射環境，包括天然輻射和人工輻射。天然輻射包括宇宙輻射，地球輻射及人體內放射物質的輻射，人工輻射包括醫療照射和職業照射等。
電離輻射因導致染色體不分離而引人注目。有實驗證明，將受照射小鼠處于MⅡ中期的卵細胞和未受照射的同期卵細胞比較，發現不分離在受照射組中明顯增高，這一現象在年齡較大的小鼠中尤為明顯。人的淋巴細胞受照射或在受照射的血清內生長，發現實驗組的三體型頻率較對照射組高。并且引起雙著絲粒染色體易位、缺失等染色體畸變。也有報道，受電離輻射的母親，生育唐氏綜合征病孩的風險明顯增高。
2.化學因素
人們在日常生活中接觸到各種各樣的化學物質，有的是天然產物，有的是人工合成，它們會通過飲食、呼吸或皮膚接觸等途徑進入人體。此外，許多化學藥物、毒物、抗代謝藥物均可引起染色體畸變。其他尚有烷化劑如氮芥，環氧乙烷等也可引起染色體畸變。
3.生物因素
當以病毒處理培養中的細胞時，往往會引起多種類型的染色體畸變，包括斷裂、粉碎化和互換等。以轉化病毒感染可使二倍體細胞轉變成非二倍體;與此同時還出現了另一特殊現象：培養中的細胞群體，原來的生命期是有限的，而一旦被轉化就能無限期地培養下去。支原體可引起染色體的變化，因而當把培養細胞用于細胞遺傳學診斷時應當警惕支原體的感染。
病毒引起染色體損傷的流行學證據表明，在患有傳染性單核細胞增多癥、流行性腮腺炎、風疹、水痘、慢性活動肝炎，以及其他不能作出特定診斷的病人，通常都涉及病毒的感染。在這些個體的淋巴細胞培養物中，往往可見到不同類型的染色體畸變。為抵抗黃熱病而接種活的減弱病毒的個體，在其淋巴細胞培養中，也呈現明顯的染色體預傷。
4.母齡效應
胎兒在6～7個月齡時所有卵原細胞已全部發展為初級卵母細胞，并從第一次減數分裂前期進入核網期，此時染色體再次松散舒展，宛如間期胞核，一直維持到青春期排卵之前。這種狀態可能與合成卵黃有關。到青春期時，由于促卵泡刺激素(FSH)的周期性刺激，卵母細胞每月僅一個完成第一極體。次級卵母細胞自卵巢排出，進入輸卵管，在管內進行第二次減數分裂，達到分裂中期。此時如果受精，卵子便將完成第二次減數分裂，成為成熟卵子，與精子結合形成合子，從此開始新個體發育直至分娩。從上述過程可知，女性誕生時便已擁有全部卵子，從青春期起，只能從已有的卵子中每月排出一個，一生共排出幾百個卵子。這也提示，婦女年齡越大，排出的卵子年齡也越大。隨著母齡的增長，在母體內外許多因素影響下，卵子也可能發生了許多衰老變化，影響成熟分裂中同對染色體間的相互關系和分裂后期的行動，促成了染色體間的不分離。
5.遺傳因素
染色體異常可表現有家族性傾向，這提示染色體畸變與遺傳有關。人類可能有傾向不分離的基因存在，其他生物也有類似的基因。據報道，同一家系中，同時有相同的或不同種類的非整倍體患者存在。此外，染色體異常的父母以不同方式傳給下一代，最明顯的例子是一些平衡易位的攜帶者，可引起染色體異常或正常的后代出現，其中又以涉及到D、G組染色體比較常見，因為它們是近端著絲粒染色體，在有絲分裂過程中形成隨體聯合，這可能是造成染色體不分離的原因之一。
6.自身免疫性疾病
自身免疫性疾病似乎在染色體不分離中起一定作用，如甲狀腺原發性自身免疫抗體增高與家族性染色體異常之間有密切相關性。
二、發病機制
二倍體生物的每一個正常的配子即精子或卵子所包含的全部染色體，稱為一個染色體組，例如，正常人配子的染色體組含有22條 X或22 Y，稱單倍體(haploid，n)。受精卵是由一個含有一個染色體組的精子和一個含有一個染色體組的卵子結合而成的，因此，受精卵發育而成為的個體具有兩個染色體組，稱二倍體(diploid，2n)。
1.數量畸變
如果正常二倍體染色體整組或整條染色體數量上的增減稱為染色體數量畸變，包括整倍體和非整倍體。
先天性卵巢發育不全系外整倍體中單體型染色體數量畸變。
非整倍體：即在二倍體內，個別染色體或其節段的增減。包括單體型和多體型。
核型為45，X的性腺發育不全(Turner綜合征)是人類中單體型的最典型的例證。單體型即染色體數目少于二倍體，故又稱亞二倍體。由于單體型個體的細胞中缺少一條染色體而造成基因嚴重缺失，所以，在常染色體中，即使是較小的第21，22號染色體單體型也難以存活。45，X核型病例有的雖可存活，但大多數胎兒(約98%)是在胚胎期流產。幸存者雖具有女性表型，但因缺少一條X染色體，而導致女性性腺不能正常發育，多數不能形成生殖細胞，外生殖器也不發育且缺乏第二性征，此外，患者尚有身材矮小、頸蹼、肘外翻等畸形。
2.非整倍體的形成機制
非整倍體的產生原因多數是在細胞分裂時，由于染色體不分離、丟失而引起的。
染色體不分離：在細胞分裂進入中、后期時，如果某一對同源染色體或兩姐妹染色體單體未平均分別向兩極移動，卻同時進入一個子細胞核中，結果細胞分裂后所形成的兩個子細胞中，一個將因染色體數目增多而形成超二倍體，一個則由于染色體數目減少而形成亞二倍體。這一過程即稱染色體不分離。染色體不分離可發生于配子形成時的減數分裂過程中，稱減數分裂不分離，也可發生于受精卵的卵裂早期或以后的體細胞有絲分裂過程中，則稱有絲分裂不分離。
(1)減數分裂不分離：
減數分裂在配子形成的成熟期進行，包括兩次分裂見圖1。在第一次或第二次減數分裂過程中均可發生染色體不分離。如果染色體不分離發生于第一次減數分裂時，則含有二倍數染色體(2n=46)的初級精母細胞，形成具有24個二分體和22個二分體的兩個次級精母細胞，再經第二次減數分裂后，形成的4個精細胞中，2個細胞將具有24條染色體(n 1)，2個細胞具有22條染色體(n-1)。當與正常含有23條染色體的卵子受精后，就將形成具有47條染色體的超二倍體(2n 1)和具有45條染色體的亞二倍體(2n-1)的個體。
第一次減數分裂正常，則可形成2個具有23個二分體的次級精母細胞[圖2(1)]。如果在第二次減數分裂中，其中之一發生了染色體不分離，則其一二分體所形成的兩條染色體不能正常地平均分入兩個細胞中，而是同時進入一個細胞，該精細胞就將具有24條染色體;另一個精細胞因未得到該染色體，而只具有22條染色體。當與正常的含有23條染色體的卵子受精后，就將有1/2為正常二倍體，1/4為超二倍體(2n 1)，1/4為亞二倍體(2n-1)的個體[圖2(3)]。現在已知減數分裂時的染色體不分離多發生在第一次減數分裂，而且，所形成的生殖細胞受精后，亞二倍體個體多不能存活，所以一般只能生出三體型后代。這種父母均為正常二倍體，只是在生殖細胞形成時，由于減數分裂染色體不分離產生的三體型，在細胞遺傳學上叫初級不分離。
如果父母之一為三體型(如母親為47，XX， 21)患者，則在減數分裂時，其卵母細胞中3條21號染色體，一條分至一極，另兩條將同時分至另一極(不分離)，前者形成具有正常染色體數(n)的卵細胞，后者將形成多了一條21號染色體(n 1)的卵細胞。兩者分別與正常精子受精后，前者可以發育成正常二倍體個體，后者則體為3型：47，XY 21或47，XX 21。這種由三體型親代的生殖細胞在減數分裂時發生的不分離，稱次級不分離。性染色體三體(如XXY和XXX)也無三體兒女的報道，只有2例XYY男性生育XYY男孩。可能因YY精子不易存活，所以這種現象很少出現。
(2)體細胞不分離：
受精卵在胚胎發育的最早階段-卵裂期的細胞分裂中，如果發生某一染色體的姐妹染色體單體不分離，將導致嵌合體的產生。
(3)染色體丟失：
染色體丟失或遺失是細胞有絲分裂時在中期至后期過程中，兩姐妹染色體單體將分別借紡錘絲的牽引分別向兩極移動，如果某一染色體的著絲粒未與紡錘絲相連，則不能被牽引至某一極，參與新細胞核的形成;或者某一染色體單體在向一極移動時，由于某種原因引致行動遲緩，發生后期遲滯，也不能參加新細胞核的形成，滯留在細胞質中，最后分解、消失，結果，某一細胞即將丟失一條染色體而成亞二倍體。
染色體丟失也是嵌合體形成的一種方式，特別是臨床上所見的只有XO/XY兩種細胞系，而無三體型細胞系的嵌合型病例，可以用染色體丟失來解釋。
