SRY基因在先天性尿道下裂中的研究进展*

耿 天 综述，孙 发 审校

(1.贵州医科大学，贵阳 550004；2.贵州省人民医院，贵阳 550002)

尿道下裂是一种男性阴茎及前尿道发育不全及开口位置异常的先天性生殖器畸形，在小儿泌尿系统畸形疾病中比较常见，国外报道尿道下裂发病率可达4‰～8‰[1-2]。目前尿道下裂的病因和机制尚不明确，已报道的研究表明多数尿道下裂与产妇年龄、内分泌水平、服用药物(促排卵药、抗癫痫药等)、新生儿体重、先兆子痫及环境因素相关，少数的尿道下裂形成可能是由于单基因突变引起，也可能与各种性染色体或常染色体异常有关。

Y染色体性别决定区(sex-determining region Y，SRY)基因与性别分化及生殖器的发育密切相关。研究表明SRY基因可能是性别分化某个关键环节中起开关作用的因子之一，在哺乳动物中SRY基因的作用和地位可能更加明显[3]。近年来随着表观遗传学、分子诊断技术的发展，有学者提出SRY基因的改变与先天性尿道下裂的发生有关。本文主要对国内外SRY基因在先天性尿道下裂中的作用研究进行综述。

1 SRY基因的结构、功能和分化机制

1.1 SRY基因的结构

SRY基因位于男性Y染色体短臂Yp11.3，采用逆向遗传学方法对该基因的结构、转录单位及其启动子进行了初步鉴定,及通过对SRY基因的cDNA序列和基因组比对发现,SRY基因无内含子结构,只含有1个外显子，转录单位全长约1.1 kb，该基因有1个多聚腺苷酸位点(AATAAA)和两个转录起始点，其间是1个开放阅读框架(open reading frame,ORF)，可编码204个氨基酸，在基因的5′端和3′端的两侧分别是长达1.1和1.0 kb的富含AT区。在SRY基因上游非翻译区及富含GC区内还有2个SRY蛋白质的结合位点SRY-CS+和SRY-CS-。

1.2 SRY基因的功能

SRY基因是编码睾丸发育中的一种决定性基因，研究发现SRY基因在小鼠受精后胚胎发育的第10～12天于生殖嵴体细胞表达，第11天表达水平最高，一旦生殖嵴发生性别分化，SRY基因表达水平就开始降低。小鼠的性别明显分化发生在受精后胚胎发育的第11天，此时雄性性腺呈条纹状,SRY基因的表达正好发生在睾丸开始形成之前到结束的2 d内，这恰好验证了SRY基因对性别分化的调控，这种极短时间的表达峰也表明SRY基因启动睾丸的发育，但却不维持睾丸的发育[4-6]。与小鼠类似，人类SRY基因的表达也决定了睾丸的形成。人类生殖嵴大约在妊娠后33 d形成，而SRY基因的表达在妊娠第41天的XY型胚胎内可以开始检测到，表达水平达到高峰的时间为妊娠后第44天，此时睾丸索刚好可见。但人类SRY基因在性腺中表达并不消失，成年时仍有表达，且存在于许多组织中，且在人类中表达开始于妊娠的第6周后的整个妊娠期间[7]。研究发现，SRY基因是决定性别的遗传基础[3]，也是睾丸决定因子(testis determining factor,TDF)之一，能够启动哺乳动物睾丸的发育与分化，是睾丸发育负调节的抑制因子[4-5]。有学者研究的转基因鼠实验是SRY基因的性别决定功能最好的证明，他们将SRY基因14 kb的DNA片段注射到具有正常XX基因组小鼠的受精卵中，该XX胚胎继而具有睾丸、雄性附属器官和阴茎的发育[8]。SU等[9]研究也证明SRY基因与胎儿睾丸的成熟、雄性附属器官分化发育、阴茎的发育、精子发生、成熟及早期胚胎发育都密切相关。可以看出SRY基因存在于Y染色体的性别决定区内，该区域也调控哺乳动物的雄性发育[10]，且SRY基因可能除性别决定的功能外还有其他与雄性发育相关的广泛作用。

1.3 SRY基因影响性别分化的机制

雄性胎儿正常的性别分化过程包含3个阶段，且是在连续、有序和相互级联的关系下形成的，其正常胚胎分化和发育的过程以SRY基因为主导，在一系列基因的共同协调表达下调控完成。第1阶段在受精时已被确定，即性染色体(XY)。第2阶段在SRY基因的诱导下，未分化的生殖腺始基分化成睾丸，即生殖腺性别的确定。第3阶段是在睾丸分泌的雄性激素及前睾丸因子等诱导下，内外生殖器分化为男性的阶段，即性别的表型确定。SRY基因可能是男性性别决定的起点，也是胚胎早期干预人类性分化的重要枢纽，并在胚胎早期的性分化的级联反应中起着调控作用，同时也对其下游的基因起着重要的开关调节作用[11]。胚胎发育的第7周，在SRY基因编码蛋白的影响下，启动下游的基因表达，诱导体腔中的上皮细胞分化出支持细胞，同时间质分化出间质细胞，睾丸支持细胞和间质细胞共同作用参与睾丸的发育[12]。约在妊娠8周时胚胎睾丸发育中的间质细胞分泌雄激素，雄性激素睾酮在胚胎发育中主要诱导中肾管的男性化，睾酮在Ⅱ型5α还原酶(steroid 5-reductase,SRD5A2)作用下转化为双氢睾酮，双氢睾酮则依次诱导外生殖器、尿道和前列腺的形成[13]，所以SRY基因诱导胚胎男性化方向的分化。性发育障碍是影响性腺或生殖器发育的条件，已知关键基因SRY的变异是46，XY性发育障碍的确切原因[14]。因此，SRY基因与先天性尿道下裂的发生联系紧密。

2 SRY基因的改变及与尿道下裂的关系

SRY基因位于男性性发育的顶端，是决定睾丸发育的主要因素。睾丸分泌的雄性激素主要促使胚胎期男性生殖器的发育,阴茎和尿道在孕6周开始形成，在孕16周阴茎部尿道和阴茎头开始发育。由上可知SRY基因的突变、缺失及异位将导致性腺发育不全、畸形或无性腺等,尿道下裂这种先天性畸形是由于胚胎发育过程中尿生殖沟未能自后向前在中线完全闭合所造成。因此，尿道下裂的发生与SRY基因的突变、缺失和异位有一定的相关性[15]。具体如下。

2.1 SRY基因的突变

SRY基因的突变可引起两性畸形，这种两性畸形是由性别分化期间胚胎发育过程中的调控性别决定、性腺发育或激素及其受体表达的基因异常引起的。现已有研究通过新西兰兔的实验证明了这一结论，在兔SRY的高迁移率族(HMG)区域引入了CRISPR/Cas9介导的突变后，再进行观察发现SRY-突变的嵌合兔被诊断为雌雄同体，其特征是同时具有卵巢、睾丸和子宫[16]。组织病理学分析显示睾丸组织未成熟且缺乏生精细胞，而卵巢部分表现正常，并在卵巢变化的不同阶段都显示有卵泡存在。因SRY是哺乳动物Y染色体上的性别决定基因，负责启动男性性别决定，所以高迁移率族(HMG)中的突变(SRY的保守DNA结合域)诱导XY个体出现了两性畸形综合征[17]。其中尿道下裂是两性畸形的一种表现形式。

2.2 SRY基因的缺失

在XY性腺中，SRY基因的缺失可以导致涉及RSPO1/WNT4/CTNNB1和FOXL2的卵巢促进途径的激活。目前，性腺发育的调节与成熟的发生机制有一个较为公认的学说是：在NR5A1等基因的作用下，首先形成双潜能生殖嵴，XY性腺在GATA4/FOG2/NR5A1/WT1通路的调节下表达SRY，并抑制SOX9表达；在XX性腺中，因RSPO1/WNT4和SOX9通路被激活，支持细胞的前体细胞积聚β-连环蛋白，一旦SOX9达到阈值水平，即启动正性调节通路，FGF9或PGD2形成前馈环；后期，FOXL2抑制SOX9表达。但在睾丸中，SOX9促进AMH活化，抑制卵巢WNT4与FOXL2的作用。因此SRY基因的缺失，会导致XY染色体的胚胎体细胞前体细胞在无负性调节的RSPO1/WNT4/β-catenin和FOXL2信号传导的影响下分化为颗粒细胞,从而导致XY染色体的胚胎体生殖器脊形成卵巢[18]，这种情况称之为XY染色体性腺逆转。已有研究证明在小鼠XX染色体胚胎性腺中，通过SRY与NR5A1(SF1)协同直接上调Sox9(SRY相关HMG9)的表达和SOX9激活基因调控网，是可以控制支持细胞的分化和睾丸形成所需的形态发生事件的[19]。

2.3 SRY基因的异位

SRY基因的异位在生物个体中对器官的发育和生理学进程却有很大的影响。为了确定SRY异位表达在发育和生理学进程的全局影响，KIDO等[20]通过使用转基因激活系统，人类SRY基因在小鼠的单细胞胚胎中被激活的实验方法。建立Cre-LoxP转基因激活系统，并评估转基因小鼠中人类SRY基因的异位激活所出现的情况。其结果表明，在单细胞胚胎阶段有异位SRY激活(SRY ON)幼崽的出生时间与非转基因或Ddx4-Cre转基因同窝小鼠相比，在生长中显著延迟，且在出生前均死亡。该研究实验动物的后续组织病理学分析显示SRY ON中的心脏、肺、肝和脑发育严重受损，包括：胸腺分化受抑制，心肌细胞坏死、凋亡，心脏纤维化，肺泡发生迟缓，大脑神经发生受损，肝脏脂肪变性等病变结果，出生后死亡率显著升高，这些器官的损伤和不足可能相互交织，共同促成各种器官中观察到的表型。也有研究通过对哺乳动物有性别差异的测序，发现大多数Y染色体(MSY)基因都在X染色体上存在同源基因，并有可能在转录、翻译、染色质修饰、RNA加工和蛋白质的稳定性上有着相似的功能[21]。非性腺细胞中位于Y染色体(MSY)的SRY异常激活可破坏或修改正常的基因调控程序，从而对受影响的细胞或组织的发育，生理或病理进程施加雄性的特异性作用[22]。当SRY基因异位表达时，SRY可以差异性地影响体细胞，组织或器官的正常发育和生理学进程，且可能是导致具有显著男性倾向的众多疾病[23-24]。所以SRY基因异位是导致SRY基因在男性个体生命的不同阶段中异常激活的方式之一，时间，地点和程度的改变，导致的异常激活会在性别分化方面有所异常，当影响尿道海绵体的发生、分化时就会导致尿道下裂的形成，也可能会导致除外尿道下裂的其他各种生殖畸形的发生。

3 SRY基因诊断在尿道下裂诊断临床应用中的研究进展

SRY基因检测在儿童性发育疾病诊断中提供的信息对于大致评估Y染色体的结构及功能状态提供了一定的帮助，并对儿童性发育疾病的明确诊断及下一步诊疗方向的确定起到一定的促进作用。SRY基因作为性别决定基因对于性分化是否正常具有不可替代的作用，对于临床上性发育障碍疾病(如尿道下裂、隐睾症、小阴茎、两性畸形等)的治疗也具有指导意义。通过对SRY基因的诊断，广泛用于临床诊断、产前诊断、法医鉴定，使对于性发育障碍疾病的诊断水平上升至分子水平，并对研究性反转、性发育异常病因、优生优育政策提供了有价值的资料[25]。

3.1 套式PCR检测

在性发育障碍的患者中有很大一部分患者表现形式为尿道下裂。在常规的基因诊断的过程中，可以从患者的外周血中提取DNA，采用套式PCR的方法(加入Y染色体SRY基因核心片段引物)使用琼脂糖凝胶电泳和紫外线荧光显像技术检测，与正常的对照做对比。有研究发现，SRY基因的存在与否是判断患者生物学性别的最重要的客观指标之一，如果SRY基因有缺失或突变则直接影响到性分化的过程，引起性逆转或性分化不良，因此对于重型尿道下裂，性别判断有困难的，应行SRY基因检测，为临床性别取向提供生物学依据[26]。且套式PCR检测SRY基因的缺失和双重PCR检测SRY基因的突变的方法稳定可靠，简单便捷迅速，可在临床检验中推广应用。

传统的诊断方式主要通过临床表现来诊断，但对于一些特殊型的尿道下裂，一时无法准确诊断。所以，通过染色体或SRY基因诊断有助于鉴别。

3.2 基因探针检测

在不孕症的患者中通过检测SRY基因以明确不孕症的原因，目前在不孕症的男性患者中可以通过基因探针的方式检测SRY基因的位置，检测基因是否异位或缺失，同时通过多重PCR技术进行SRY基因的DNA测序，明确该基因是否突变[27-28]。当前通过PCR技术检测SRY基因的方法已广泛使用于患有男性不育(如46，XX男性综合征)的遗传学诊断上，并具有一定的临床意义[29]。

3.3 其他新出现的基因检测技术

在产前检查领域的诊断中也应用到检测SRY基因的方法来预防性连锁遗传病和单基因疾病，其中有传统的常规核型分析(采用羊膜穿刺技术抽取羊水提取DNA)，原位荧光杂交基因探针和PCR技术的方法来进行基因检测。目前，采用抽取孕母的外周血提取DNA通过基因探针和PCR技术可以达到无创产前诊断的标准，通过此条途径检测胎儿SRY基因来预防性染色体疾病具有无创、安全、快速、有效、简便等优点[30]。当前新出现的基因检测技术也是可以很好快速地检测SRY基因的，例如：荧光素酶报告基因、基因组高通量测序等，对于基因检测来说更准确、更便捷。

4 小 结

SRY基因作为男性的性别决定基因，在男性生殖系统中起到起点的作用。随着对SRY基因认识的深入，发现SRY基因与男性生殖系统的发生、发育及疾病有密切的关系。当前，SRY基因的检测已被用于常规的检测基因之一，也为研究更多与SRY基因介导有关疾病机制的层面做出了推动的作用。因此，通过多方面的研究探索SRY基因与尿道下裂的相关性，有利于为临床上男性相关的先天性疾病的诊断和治疗提供新思路。期望未来可以通过基因的层面提前诊断、干预并治疗尿道下裂，造福人类。