多囊卵巢综合征的易感基因分析

张 婕，桂 娟，徐天星，徐望明

(武汉大学人民医院生殖医学中心，武汉 430060)

多囊卵巢综合征(polycystic ovary syndrome，PCOS)是绝经前妇女最常见的生殖内分泌和代谢紊乱性疾病，在育龄期女性中的发病率为5%～20%[1-3]。PCOS是在无其他引起内分泌改变的疾病的情况下，以雄激素升高、卵泡发育不良及排卵障碍为临床特征的一种综合征。PCOS的临床症状包括多毛、高雄激素血症、月经紊乱、排卵障碍、多囊样卵巢、肥胖和代谢紊乱等，其临床表现和代谢并发症具有广泛的异质性。流行病学资料显示，PCOS 的发病率呈上升趋势[4]。PCOS的病因尚未完全阐明，目前认为PCOS的发病可能是一种复杂的多基因功能障碍，主要与表观遗传、饮食和生活方式等因素相关，其中遗传因素被认为是PCOS发病的主要原因[5-6]。遗传学研究已经确定超过200个可能与PCOS功能相关的易感基因，但是这些易感基因大部分并未得到充分证实[1]。PCOS是一种复杂的多基因疾病，因此用全基因组关联研究(genome-wide association study，GWAS)来揭示PCOS 的遗传发病机制更为合理[7-8]。GWAS是一种新的揭示复杂疾病遗传学的基因组学方法，能够通过检索基因组中发生的单核苷酸变异来确定常见疾病的遗传风险因素。GWAS已经研究和发现了如连接蛋白家族成员1A(differentially expressed in normal and neoplastic cell domains 1A，DENND1A)、卵泡刺激素受体(follicle stimulating hormone receptor，FSHR)基因和黄体生成素/绒毛膜促性腺激素受体(luteinizing hormone/chorionic gonadotropin receptor，LHCGR)基因等新的PCOS热点基因和候选基因，现对PCOS的遗传易感基因及其研究进展进行综述。

1 PCOS的家族聚集性

PCOS的发病机制尚未完全阐明，但由于PCOS存在家族群发现象，故认为遗传因素是PCOS的发病机制之一[9]。通过家族聚集和双胞胎研究以及GWAS已经证实PCOS与遗传具有明显的相关性，并且筛选出了几种新的风险位点和候选基因。研究显示，30%～50%PCOS患者的直系亲属也患有PCOS，Azziz和Kahsar-Miller[10]对PCOS患者的调查研究发现，PCOS患者亲属比正常人更易患PCOS。Vink等[11]在单卵双胎和双卵双胎的研究中发现单卵双胎均患PCOS的概率是双卵双胎的2倍。对以月经稀发、痤疮、多毛症等为临床表现的PCOS患者的研究也体现出PCOS的家族聚集性[12]。Kulshreshtha等[12]和Dadachanji等[13]研究也发现PCOS患者一级亲属患代谢综合征、糖尿病、肥胖以及高血压的风险增加。PCOS是育龄妇女生殖内分泌失调的最常见原因，具有较强的遗传特性[14]。PCOS虽有明显的家族聚集性，但环境因素的差异性以及PCOS表现型多样性等使PCOS的家系遗传研究仍在探索中。有研究认为PCOS的遗传方式具有常染色体显性遗传特征，目前虽尚未发现这种特征有明显的孟德尔遗传模式，但是遗传因素在PCOS的发生和发展中发挥着重要作用[15-16]。因此探究PCOS的遗传易感基因十分重要。

2 PCOS发病相关的遗传易感基因

根据以往对PCOS遗传现象的研究发现以下主要遗传易感基因。①类固醇合成基因CYP11α：CYP11α基因的高表达使PCOS患者雄激素水平比正常妇女高[17-18]；②胰岛素基因：胰岛素基因的多态性是PCOS遗传基础的重要因素，这种基因多态性部分解释了PCOS的异质性[19-20]；③促性腺激素相关基因：如性激素结合球蛋白、黄体生成素和卵泡抑素、雄激素受体(androgen receptor，AR)、雌激素β受体的编码基因等；④甾体激素生物合成与代谢相关基因：如胆固醇侧链裂解酶、17α羟化酶、17/20裂解酶以及芳香化酶的编码基因等[21]；⑤其他相关基因，如转化生长因子-β通路相关基因、炎症相关基因、抵抗素基因和瘦素基因等[21-22]。目前研究者在以上相关基因中并未发现明确导致PCOS的主导基因。由于PCOS发病机制复杂多样，PCOS的易感基因和发病机制仍需要进一步研究和探索。

3 PCOS的候选热点基因

近年来，随着基因诊疗技术的不断发展，研究者通过GWAS结合基因、转录、蛋白质、代谢以及表观遗传等对PCOS数据库的遗传信息进行综合分析，筛选了很多与PCOS相关的候选热点基因，筛选的PCOS的部分候选热点基因有DENND1A、AR基因、胰岛素受体(insulin receptor，INSR)基因，Yes相关蛋白基因，C9orf3(编码C9orf3蛋白，M1锌氨基肽酶家族的成员)，RAB5B基因(RAS癌基因家族成员)，高迁移率族蛋白A2基因，甲状腺腺瘤相关蛋白(thyroid adenoma associated protein，THADA)基因，高迁移率家族蛋白成员3基因，小泛素类修饰基因假基因1，锌指蛋白217基因，FSHR基因和LHCGR 基因等[22-23]。对于目前通过GWAS发现的可能候选基因在PCOS发病中的机制，仍需要更多的研究来证实，从而提高PCOS患者的诊治水平及预测PCOS的危险因素。

3.1DENND1A基因 DENND1A是编码连接蛋白1A的基因，连接蛋白在正常和肿瘤细胞中存在差异表达，参与膜转运并可促进细胞内吞和受体介导的转运。有文献报道DENND1A的一个变异区与中国汉族PCOS患者的代谢综合征有关[24]，但是DENND1A的表达差异如何影响PCOS的发生仍在进一步探索中。DENND1A基因通过选择性剪接产生两个主要转录产物：DENND1A变体1(DENND1A.V1)和DENND1A变体2(DENND1A.V2)。DENND1A在产生雄激素的卵巢卵泡膜细胞和肾上腺网状带组织中高表达，分别从正常女性和PCOS患者分离卵巢细胞进行研究，结果表明PCOS患者卵泡膜细胞中DENND1A.V2 和CYP17A1表达增强，且这种表达增强与雄激素的合成增加，免疫组织化学显示DENND1A.V2 主要在PCOS患者颗粒细胞和卵泡膜细胞的细胞质和细胞核中表达[25]。与正常女性卵泡膜细胞相比，PCOS患者卵泡细胞中DENND1A.V1表达的蛋白水平降低，并且PCOS卵泡细胞中DENND1A.V2与DENND1A.V1的转录水平高于正常女性。在CYP17 mRNA诱导雄激素生物合成增强之前，PCOS患者卵泡膜细胞中DENND1A.V2 mRNA表达水平已上调[26-27]。此外，在正常卵泡膜细胞诱导DENND1A.V2的表达，可使卵泡膜细胞CYP17A1和CYP11A1基因转录增加以及雄激素合成增多，从而诱导PCOS的发生。但这并不排除这种改变是DENND1A.V2与FSHR、LHCGR 和INSR的遗传变体协同作用的结果[27]。迄今为止，对PCOS患者DENND1A.V2表达增加的遗传机制尚未有明确解释，由GWAS鉴定的DENND1A的单核苷酸多态性位于内含子，但DENND1A单核苷酸多态性对PCOS的影响尚待证实。此外，全外显子测序尚未鉴定PCOS中的DENND1A编码区变体[28]。进一步研究细胞表型发现，使用DENND1A.V2特异性抗体沉默PCOS患者卵泡细胞中DENND1A.V2的表达后，PCOS患者卵泡细胞转化为正常表型的细胞[29]。因此探究DENND1A.V2在PCOS中表达的增加机制可以为DENND1A.V2作为PCOS的新型治疗和诊断靶点提供理论依据。

3.2FSHR基因 FSHR基因位于染色体2p21上，包括10个外显子和9个内含子。卵泡刺激素通过与卵巢组织颗粒细胞表面的FSHR结合调节类固醇的合成，从而调节卵母细胞成熟和卵泡发育的过程[30]。虽然FSHR多态性可能对PCOS的易感性起促进作用，但是目前并未证实FSHR多态性与PCOS易感性之间的确切关系[31]。目前仅有2种FSHR变体得到研究，荷兰和日本的两项 PCOS 患者易感基因研究显示，rs6165(T307A)和rs6166(N680S)是FSHR基因的两种变体，与 PCOS 有关[22,30]。有研究显示单核苷酸多态性rs6166的变种纯合子可能增加PCOS的风险，但是有通过TaqMan等位基因鉴别分析377例PCOS患者和388名正常女性的研究发现这2种变体与PCOS 无明显相关性[30]。有研究者使用相同基因分型方法的研究也未证实PCOS与FSHR变体的相关性[32]。单核苷酸多态性在FSHR基因中有以下两种作用：①引起FSHR基因变异从而影响PCOS的易感性；②影响外源性FSHR在诱导排卵治疗中的敏感性[31-33]。因此，FSHR基因多态性在PCOS中的作用需要进一步研究，需要更多的数据来研究FSHR变体与PCOS易感性之间的关系。

3.3LHCGR基因 LHCGR基因编码促黄体激素和人绒毛膜促性腺激素的G蛋白偶联受体。在卵巢中，颗粒细胞分化过程中LHCGR诱导排卵前黄体生成素的波动是导致排卵的必要条件。LHCGR基因的失活突变与黄体生成素水平升高有关[24]，而且LHCGR变异(rs7371084,rs4953616)在PCOS中表达显著增加[33],这些都表明LHCGR基因变异与PCOS患者的排卵障碍有关。此外研究也表明，LHCG受体多态性与PCOS有关：TT基因型rs13405728变异型PCOS患者血清总睾酮、三酰甘油、低密度脂蛋白胆固醇水平高于CC和CT基因型PCOS患者，因此LHCG受体基因中的单核苷酸多态性rs13405728与PCOS的部分临床特征有关[34]。LHCGR基因多态性最常见的是第1外显子的第18位氨基酸缺失或存在两个氨基酸插入(29%)，以及在291和312位置分别存在两个可变氨基酸：291NS(10%)和312SN(45%)[30]；研究表明，外显子10中的变体(rs12470652)导致影响糖基化的氨基酸被取代(291NS)并略微降低人绒毛膜促性腺激素的半数效应浓度(EC50)，并与 PCOS 相关[35]，但这在其他的研究中未报道[36-37]。与291NS相比，外显子10中靠近单核苷酸多态性位点的氨基酸被取代(312SN)，同样可能与PCOS相关，但并不影响糖基化。目前第312位氨基酸被取代的功能意义尚未明确阐明[38]，因此LHCGR变体与PCOS之间的相关性还有待进一步研究。

3.4AR基因 AR由一个保守性较差的N端结构域组成，其中含有高度多态性的CAG重复序列[31]。有文献报道AR基因的多态性CAG重复数与AR活性呈负相关，AR的CAG重复多态性与克罗地亚PCOS妇女的总睾丸激素水平呈正相关，因此AR的CAG重复多态性可能影响这些妇女的睾丸激素水平的变化而导致PCOS的易感性[39]。AR基因第1外显子中较短的CAG重复多态性可上调AR活性或增加雄激素水平而提高PCOS的易感性，并且引起PCOS患者出现高雄激素亚型的症状如多毛症、痤疮和月经周期不规则等[40]。研究表明，虽然目前尚未明确CAG重复长度是否与PCOS有关，但是CAG重复长度可能通过胰岛素抵抗和影响睾酮的表达而间接影响PCOS的发生，并被认为是PCOS 的独立危险因素[31]。CAG重复多态性有可能通过影响睾酮激素水平而增加妇女PCOS的易感性，但尚无直接证据表明CAG重复多态性可以预测高雄激素血症的临床表现[41]。参与遗传多态性调节的雄激素的合成的个体间差异可能是PCOS临床表现存在差异的原因。除CAG重复外，也有研究表明，在中国女性中GGN重复多态性和rs6152G/a多态性也与PCOS密切相关[42]。因此，AR基因的CAG重复多态性和GGN重复多态性等可能会增加PCOS患者的高雄激素表型以及导致PCOS的遗传异质性，是调节PCOS的遗传因素之一。

3.5其他基因 研究表明，INSR、Yes相关蛋白基因、C9orf3、RAB5B、高迁移率族蛋白A2编码基因、高迁移率家族蛋白成员3基因、小泛素类修饰基因假基因1、锌指蛋白217基因、THADA等候选热点基因均与PCOS具有相关性，但这些基因的功能和作用机制有待进一步研究[25]。GWAS显示INRS基因与胰岛素抵抗关联性最强，酪氨酸激酶区域的突变的胰岛素受体导致胰岛素抵抗和严重高胰岛素血症[1]。有研究报道，INSR基因编码酪氨酸激酶区17外显子的1058位点有C和T基因的单核苷酸多态性，PCOS患者含有C等位基因者体质指数高于含有T等位基因者[43]。已有研究发现，INRS不同外显子的多态性变异为PCOS的危险因素，但是研究结果不一致，因此INSR与PCOS的相关性有待进一步研究[44]。另外，研究发现THADA基因的一种变体与欧洲妇女发生2型糖尿病有相关性，这些2型糖尿病的风险变体定位在THADA的一个单独连锁不平衡区域[45]。PCOS患者易患2型糖尿病与THADA的变体之间可能存在相关性，但是THADA基因的变体是否能导致PCOS尚待进一步研究。除此之外，Yes相关蛋白基因、C9orf3、RAB5B、高迁移率族蛋白A2编码基因、高迁移率族蛋白成员3基因、小泛素类修饰基因假基因1、锌指蛋白217基因等基因与PCOS发病相关均有报道[25]，但其与PCOS 的相关性及具体功能和机制有待进一步探索。

4 小 结

PCOS是世界范围内女性无排卵性不孕不育最常见的原因之一，5%～20%的育龄妇女受PCOS 影响[1]。PCOS的发病机制尚未完全阐明，其可能是遗传和环境等多因素共同作用的结果，PCOS的病因复杂、个体间差异较大给PCOS的诊治增加了难度。尽管GWAS已筛选出很多PCOS相关热点基因，但由于PCOS的异质性和复杂性，PCOS 遗传发病机制尚未完全阐明，仍需大量的研究来验证热点基因和候选基因与PCOS的相关性。多基因的共同作用导致PCOS的遗传异质性较大，相信随着对PCOS的候选热点基因网络了解的深入，PCOS的易感基因和遗传发病机制有望得到全面阐述，为PCOS的后续靶点治疗提供理论依据。在考虑遗传因素的同时，也应考虑将环境因素纳入研究PCOS的发病机制中。