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46,XX 男性综合征分子遗传学机制研究进展

2019-02-12吴艳花陈英剑

实用医药杂志 2019年12期
关键词:易位性腺核型

吴艳花,陈英剑

性反转综合征是一种罕见的性分化异常疾病,包括46,XX 男性和46,XY 女性两型。 46,XX 男性即社会表型为男性而染色体核型为46,XX,此类患者在新生儿中的发生率约为1/20 000。 这些患者大多为散发病例,没有家族聚集性。 通常此类患者社会心理性别为男性特征,行为正常,外型正常,平均身高较正常人略低,睾丸小而硬,青春期后无精子生成。 1964 年发现了首例核型为46,XX 男性性反转综合征患者, 此类患者除生育障碍其他正常,临床上十分罕见,直到发现青春期延迟、男性乳房发育(或不育)才被诊断。

SRY(sex-determining region of Y chromosome)基因位于Y 染色体短臂Yp11.32,长约35 kb,目前认为是睾丸决定因子 (testis-determining factor,TDF) 的最佳候选基因, 在雄性性分化过程中起重要作用。 1990 年Sinclair 等[1]在对46,XX 男性患者的研究中,首先发现了SRY 基因;研究表明SRY 基因在胚胎的早期决定着原始性腺向睾丸分化,性反转的发生与SRY 基因的缺失、突变和易位有关。 有研究将SRY 基因导入雌性鼠细胞系最终导致睾丸生成,证明单独SRY 基因的存在可以触发睾丸发育机制[2]。 分子水平根据SRY 基因的存在与否可将46,XX 男性分为SRY 阳性和SRY 阴性。 SRY 阳性46,XX 男性的出现多与父亲减数分裂过程中SRY基因的易位相关; 而SRY 阴性46,XX 男性的发生机制目前尚不明确。 随着细胞遗传学和分子遗传学的发展, 性反转综合征的相关研究也越来越多,本文就46,XX 男性的分子分型及潜在的分子遗传学机制进行文献回顾和分析。

1 SRY 阳性46,XX 男性

临床上,46,XX 性反转患者大致可分为三种类型:(1) 具有正常男性内外生殖器的46,XX 男性;(2) 外生殖器畸形的46,XX 男性;(3)46,XX 真两性畸形患者。大部分46,XX 男性患者具有正常男性表型和正常男性外生殖器,约20%的患者有外生殖器畸形,典型的表现为阴茎阴囊尿道下裂伴或不伴痛性阴茎勃起。在外生殖器正常的46,XX 男性中约90% SRY 基因为阳性, 相反在外生殖器畸形46,XX 男性患者中SRY 基因通常阴性[3]。 SRY 基因易位假说被认为是SRY 阳性46,XX 男性睾丸发育最有可能的机制,SRY 基因或易位到X 染色体或易位到常染色体上。

1.1 SRY 基因易位到X 染色体大约80%~90%的46,XX 男性病因是由于Y 染色体短臂上部分片段易位到X 染色体上, 这种异位片段长度有异质性, 但总是包括编辑TDF 的基因片段。 20 世纪70年代末,在细胞水平通过高分辨染色体核型分析技术提示有Y 染色体短臂远端(Yp)来源的序列易位到X 染色体短臂远端(Xp),基因片段的易位可能与父亲减数分裂过程中X 和Y 同源区域之间的不等交换有关。 随后Y 染色体特异性探针技术证实在46,XX 男性存在Y 染色体来源的基因序列易位到其中一条X 染色体上。 近年来,通过荧光原位杂交(FISH) 技术结合SRY 基因特异性探针证明在46,XX 男性个体中父系来源的X 染色体短臂 (Xp)远端存在SRY 基因探针信号[4,5]。 上述研究结果提示SRY 基因易位到X 染色体是导致46,XX 男性发育成完整男性性征的关键因素。 另有少数病例研究报道SRY 基因易位到X 染色体长臂(Xq28)[6]。

1.2 SRY 基因易位到常染色体近年来,SRY 基因易位到常染色体的病例也时有报道。 2006 年Dauwerse 等[7]在对一家族性特发性肥厚性骨关节病的诊治过程中偶然发现了首例SRY 基因易位到常染色体上的46,XX 男性, 患者表现为小睾症伴无精, 该研究表明SRY 基因位于16 号染色体长臂末端(16qter)。随后,SRY 基因易位到1 号染色体长臂末端(1q44)也被报道[8]。在对一位38 岁高龄孕妇羊水穿刺的产前诊断中,Chien 等[9]发现胎儿染色体核型为46,XX,然而孕中期超声显示该胎儿有发育正常的男性外生殖器;FISH 检测证实该胎儿为46,XX 男性其SRY 基因位于3 号染色体短臂末端(3p26.3);在对婴儿出生后一年的随访中,其生长和发育暂未发现异常。 最近,Barnabas 等[10]报道了1例38 岁外生殖器发育正常的不育症患者, 血清学检测显示性激素水平基本正常,多次精液分析提示无精症; 外周血培养细胞染色体分析结果为45,X/46,XX 嵌合体核型;为了确认SRY 基因位置,利用SRY 基因座特异性探针和3q 亚端粒特异性探针通过FISH 技术检测结果发现SRY 基因易位到3 号染色体长臂远端(3qter)。 综上所述SRY 基因和常染色体之间的易位也可导致46,XX 男性综合征。

2 SRY 阴性46,XX 男性

在46,XX 男性综合征患者中SRY 基因阴性者仅占8%~20%, 其中SRY 基因阴性患者大部分为异常外生殖器患者或真两性畸形患者[11];另有研究表明约90%的46,XX 真两性畸形患者SRY 基因为阴性[12]。 然而SRY 阴性46,XX 男性患者中具有正常男性表型的患者较为罕见,近年来陆续可见此类案例的报道;此类患者社会表型为男性,且具有完整的男性性征,一般不易被发现,大多是在婚后几年不孕不育的诊断调查过程中偶然发现[13-15]。 1998年Kolon 等[16]首先报道了3 例SRY 基因阴性的具有正常男性表型的46,XX 男性患者,这一研究提示存在一种或者多种SRY 下游基因或X 染色体、常染色体上的TDF 的异常表达。

截至目前, 关于SRY 阴性46,XX 男性睾丸发育的机制尚未有明确定论,综合前期文献大致可以分为三种假说:(1)SRY 下游基因的异常表达;(2)位于常染色体或X 染色体上的对男性性分化过程起负调节作用的基因突变;(3)SRY 基因的隐藏镶嵌假说[17]。

2.1 SOX 基因表达异常性发育包括性别决定和性别分化两个阶段, 是在一系列的基因作用下,性腺向睾丸或者卵巢分化的过程。 在哺乳动物性发育过程中除SRY 基因外还存在多种基因的参与,这些基因相互影响并形成一个复杂的级联,在这个级联中SRY 基因通过抑制下游基因的表达起负调节作用,而性别决定过程对各种调控基因的表达量比较敏感。

SRY 基因编码蛋白与DNA 结合的区域称为HMG(high mobility group)盒,HMG 盒内与SRY 产物具有60%以上的氨基酸序列相似的编码基因被命名为SOX(SRY related HMG box genes)基因。SOX9 基因是SOX 基因家族中一员, 位于17 号染色体长臂,是一个广泛表达的转录因子,研究显示SOX9 是SRY 基因编码蛋白的直接靶基因,参与性发育过程并促进睾丸的形成和分化[18]。 SOX9 基因在XX 雌性鼠体内的异常表达可直接导致雌性向雄性的性反转发生,表明在SRY 基因缺失时过表达的SOX9 足以触发睾丸分化过程[19,20]。 早在1999 年Huang 等[21]报道1 例SRY 基因阴性的46,XX,dup(17)(q23.1q24.3)/46,XX 男性患者,FISH 结果显示17 号染色体上SOX9 基因出现重复拷贝,提示在缺乏SRY 基因的情况下额外拷贝的SOX9 基因足以启动睾丸分化;至今已有多篇研究发现在SRY 阴性的46,XX 男性患者存在SOX9 基因的重复拷贝[22],间接证明SOX9 基因重复与SRY 阴性46,XX 男性性反转的发生有关。

2011 年一篇家族性研究中报道了两例表型正常的兄弟,表现为无精症,均为SRY 阴性的46,XX男性, 研究发现该家族存在96 kb 大小的SOX9 基因片段的重复, 进一步确认了SRY 阴性的46,XX男性也可以具有完全成熟的男性化性征,其发生与SOX9 基因的过表达有密切关系[23]。 此外,在另外一篇相似的家族性研究中发现,SOX9 基因的重复拷贝出现在染色体核型为46,XY 男性时并无任何异常,而在同一家族46,XX 个体出现时则会导致XX男性性反转的发生[24]。 而且SRY 阴性46,XX 男性SOX9 基因的重复拷贝均来自其父系遗传[22-24]。 除SOX9 基因外, 有研究表明SOX3 基因通过上调SOX9 基因的表达间接促进XX 男性性反转的发生[25,26];位于22 号染色体长臂(22q13)的SOX10 基因的过表达可能也与XX 男性性反转的发生有关[27]。

SOX9 基因的表达受其上游调节组件的控制,SOX9 增强子可通过调节SOX9 mRNA 的表达,从而影响性发育。2018 年英国Francis Crick 研究所[28]利用高通量染色质可及性技术、转基因技术及基因组编辑技术,筛选出一组新的性腺调节元件;其中SOX9 上游基因Enh13(增强子13)与触发睾丸发育密切相关,并证实基因编辑的Enh13 阴性的纯合子46,XY 小鼠在胚胎早期SOX9 mRNA 表达量明显低于正常触发睾丸发育的阈值水平,其表达量接近XX 性腺中水平, 从而导致性腺向卵巢发育, 发生46,XY 雌性反转。 无独有偶,Croft 等[29]经生物信息学分析, 确定了人类SOX9 基因的三个增强子:eSR-A、eSR-B 和eALDI,并首次确认SOX9 增强子的重复或者缺失分别导致46,XX 和46,XY 性反转的发生。研究发现,在3 例SRY 阴性46,XX 性发育障碍患者体内, 增强子eSR-A 和eSR-B 的过表达导致SOX9 mRAN 的表达升高从而触发了睾丸的发育。

2.2 参与性别决定的其他基因突变男性性分化过程是由多种基因共同参与调控的一个复杂的级联,级联中一些抑制睾丸发育的基因的突变会导致这种抑制作用减弱从而导致XX 女性向男性发育。目 前 认 为DAX1、FGF9、DMRT1、WNT4 和WT1 等也可能参与性别决定的过程,这些基因主要通过改变性别决定过程中蛋白水平或者蛋白功能来发挥作用,各参与基因之间存在着相互作用。

DAX1 位于Xp21,是男性性分化过程的一个负调节基因,DAX1 的重复拷贝可能会导致XY 女性性反转的发生, 相反DAX1 的突变缺失也可能与XX 男性性反转的发生有关[30]。 在XX 男性患者睾丸组织中DAX1 的表达水平明显低于XY 男性[31]。R-Spondin1(RSPO1)是新近发现的促进卵巢发育的调节因子, 通过上调Wnt/β-catenin 信号通路阻止睾丸形成[32]。 RSPO1 发生基因突变会导致Wnt/βcatenin 蛋白水平相应降低,对睾丸发育的抑制作用减弱,最终导致46,XX 女性的睾丸形成[33]。 除SRY基因以外,RSPO1 基因是第一个被发现的单独一个基因突变即可导致完全性46,XX 男性性反转的发生;RSPO1 基因敲除的小鼠,XX 型性腺的发育明显异常,激素分泌和血管形成都趋于雄性化,可导致XX 型胚胎性反转[34]。 单核苷酸多态性微阵列分析(SNP-array) 显示在一例SRY 阴性46,XX 男性患者外周血DNA 中发现FGF13 拷贝数增加, 重复拷贝的FGF13 有促进支持细胞向前睾丸间质细胞分化的功能,很可能是导致患者性别决定和睾丸发育异常的重要原因[35]。 另外,ROCK1、FGF9 和SPRY2的重复拷贝或过表达很可能与SRY 基因阴性46,XX 男性性反转的发生有关[36,37]。

2.3 未能检出的嵌合体核型皮肤和性腺组织来源于外胚层,而外周血来源于中胚层,骨髓来源于内胚层。 由于性腺组织与外周血来源不同,因此胚胎早期的基因突变可以导致睾丸组织和外周血染色体核型不一致。 有研究者认为所有性发育障碍患者都应该做性腺组织的分子或细胞遗传学检测[12]。目前常规只做外周血染色体核型分析,因此对于外周血SRY 基因阴性的46,XX 男性性腺组织中SRY基因的存在与否不能做定论。10 月龄小阴茎患儿外周血DNA 检测显示SRY 基因阴性, 而睾丸组织可见SRY 基因阳性扩增, 提示该患儿为SRY 基因嵌合体核型[38]。分子遗传学研究[39]发现SRY 基因阴性的46,XX 真两性畸形患者睾丸组织DNA 中SRY基因或者Ycen/Yq 探针阳性,证实在睾丸组织存在SRY 基因或者缺失Yp 的Y 染色体。因此SRY 基因或Y 染色体来源的部分基因序列隐藏镶嵌在睾丸组织中或许可以解释SRY 基因阴性的46,XX 男性睾丸的发育。

综上所述,人类性别决定和分化是一个以SRY基因为主导的多个基因参与的有序调控的复杂过程,任何基因的缺失、突变或易位都有可能引起性发育障碍。 尽早确定染色体、性腺及外生殖器性别,并矫治外生殖器及相关异常是诊治46,XX 男性综合征的主要原则; 此类患者虽然生殖功能异常,但是其睾丸间质细胞有一定的内分泌功能,成年后可有正常的性冲动和性生活,给予一定剂量的激素替代治疗可以提高患者的生活质量。 另外,产前诊断应引起足够重视,对高危人群如高龄孕妇行羊水穿刺排查胎儿染色体疾病时,若超声显示胎儿性别与染色体核型不一致时,或对超声提示生殖器官发育不良或怀疑胎儿性别不一致时应进行胎儿羊水脱落细胞染色体的分子遗传研究分析。

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