先天性尿道下裂自然病因研究进展

高媛媛 张兹镇 综述 张 亚 审校

先天性尿道下裂是男性下尿路及外生殖器常见的先天性畸形，尿道开口通常不在正常位置。临床表现主要包括尿道开口异位、包皮异常分布、腹侧包皮缺乏等，多数病例伴阴茎下弯。重症尿道下裂患者还常合并阴囊畸形、前列腺囊和小阴茎。患者生殖器外观及排尿方式的异常会在很大程度上影响他们的学习和生活，也会严重影响他们的心理发育。即使患者在患病早期就接受手术治疗，在他们的成长过程中也会遭遇疾患、社会歧视以及性生活障碍等方面的问题。芝加哥的某项统计数据指出，尿道下裂患者罹患自闭症的概率明显升高[1]。出生时曾患有尿道下裂的男性，在成年时更易出现生育率低下、排尿困难、对性生活难以感到满意等问题[2]。先天性尿道下裂在各个国家和地区有着广泛的分布，且其发病率在大部分国家呈逐年上升的趋势[3]。

目前认为，母体内分泌因素、环境因素、基因表达异常以及药物因素是导致先天性尿道下裂发生的主要原因。近年来，越来越多的学者专注于外界环境因素对尿道下裂形成的影响[4,5]。本文围绕物理因素、生物因素以及化学因素三个方面，对先天性尿道下裂的病因学研究进展作一综述。

一、物理因素的影响

雄性生殖系统相关组织对电离辐射、热辐射和某些毒物非常敏感[6]。目前仍然有很多欠发达地区的工人面临着自然辐射的危险。在印度喀拉拉邦西南海岸，长期存在钍及其子产物的自然辐射，一项研究对14万名长期居住在附近的孕妇所分娩的新生儿进行监测，发现615例死产，另有1 370例新生儿出现各种重大先天畸形，其中尿道下裂的发病率位列第二(152例，2.1‰)，这说明孕妇长期接触自然辐射是导致胎儿产生先天性尿道下裂的重要原因之一[7]。White[8]对德克萨斯洲的重金属空气污染程度及当地新生儿出生状况进行了统计，发现锰、铅、铬、镍等重金属产生的空气污染与新生儿尿道下裂的发生明显相关。迄今为止，关于宇宙辐射导致尿道下裂的报道非常少。仅挪威的一项研究发现，长期接受宇宙辐射的飞行员及乘务员的后代中先天性尿道下裂发病率增高，但这一结论尚需进一步证实[9]。

二、生物因素的影响

自然界中最重要的生物因素是病毒感染，目前已知感染人类微小病毒B19(human parvovirus B19)会导致胎儿水肿和死亡，而它也与先天性畸形存在相关性。Konstantinidou等[10]对一名因感染微小病毒B19而流产的孕29周男性死胎进行尸检，发现其存在尿道下裂以及其他先天性畸形。另外，Roca[11]对西班牙一家三级医院感染艾滋病毒(human immunodeficiency virus,HIV)的母亲娩生的新生儿(未感染HIV)进行随访得出，虽然母亲感染HIV与其胎儿的先天畸形之间无明显相关性，但是在产期接触抗逆转录病毒药物的婴儿中，包括尿道下裂在内的先天畸形概率往往有所增加。虽然尚无证据表明病毒感染会直接导致先天性尿道下裂的发生，但妊娠期抗病毒药物的使用却会明显增加先天性尿道下裂的发生率。

三、化学因素的影响

随着工业化发展，先天性尿道下裂的环境内分泌因素已逐渐成为当今的研究热点，环境中存在着多种干扰人类内分泌机能的物质，被称为环境内分泌干扰物(environmental endocrine disruptors,EED)。EED是干扰机体激素合成、分泌、运输、代谢的外源性因子，它们会抑制血管生成，干扰生殖系统的发育过程[12]。常见的EED包括农药、除草剂、塑料增塑剂等。在空气、土壤、饮用水，食品、化妆品、纺织品等中均可检测到EED。有一些EED能够抗退化，在自然环境中稳定存在数十年甚至数百年，另外还有一些EED具有亲脂性，可以在食物链中积聚，使处于食物链最顶端的人类更易受到侵害。

EED可通过增强或抵抗机体内源性激素的作用，干扰激素的正常代谢途径和细胞信号的传递过程，扰乱胎儿的下丘脑-垂体-性腺轴，甚至改变基因的稳定性[13,14]。某些EED的干扰会引起胎儿内分泌失调，这种内分泌失调可能会永久地改变体内的新陈代谢状况，增加生殖器畸形发生的概率[15]。最近，南伊利诺伊大学的一个研究团队利用豚鼠尿道下裂模型进行实验得出，在豚鼠中，抗雄激素会导致男性尿道下裂的发生[16]。虽然某些EED的半衰期很短，人体暴露后很快可以从尿液中排除，但对于妊娠期的妇女，此类EED可以与胎盘中的脂质结合，并长期滞留于胎盘中，对胎儿产生持续的影响[17]。

EED的另一种作用方式是通过改变表观遗传模式来影响机体的正常生长发育，如DNA甲基化、组蛋白修饰和非编码转录组的表达[18]。即使它们不改变第一代的DNA序列，也可能损害DNA的连续传代。在动物实验中已经证实，暴露于双酚A、烯菌酮和二-2-乙基己基会改变前列腺和睾丸细胞中DNA的甲基化模式。另外，某些影响雄激素或雌激素活性的EED可能在正常的阴茎发育期间破坏基因的调节过程，从而引起尿道下裂。某些调控生殖器发育的基因，如转录激活因子3(activating transcription factor,ATF3)、音猬因子(Sonic Hedgehog,Shh)、WNT(Wingsless/Integrated)等对外源性激素具有反应性，这使得这些基因成为EED先天性尿道下裂的潜在靶点[19]。

自从内分泌干扰假说的概念提出以来，学者们已经进行了大量体外和体内实验。针对动物模型开展的广泛研究为探讨EED作用机制提供了线索，并证实了它们的毒性。一些关于动物和人类的研究表明，邻苯二甲酸盐的暴露会抑制胎儿和脐带血中睾丸特异性生物标志物胰岛素样肽3(insulin-like factor 3,INSL3)的表达，导致胚胎组织发育异常[20]。但是，与人类相关的流行病学研究尚未得出明确的结论。Kalfa等[21]对408名法国南部的无基因突变的单纯性尿道下裂患者以及302名正常男孩进行统计得出，在生殖器分化窗，尿道下裂患者暴露于EED的频率比正常男孩高(95%置信区间：2.11～4.65)。Warembourg等[22]进行的一项小样本研究结果显示，接触甲氧基乙酸与尿道下裂患病率之间存在显著相关(95%置信区间：1.4～23.4)。到目前为止，人类流行病学调查中得出的结论是：敏感产前期的EED暴露与男性先天性生殖系统疾病的风险相关[23,24]。下面就几种常见的EED进行阐述。

(一)邻苯二甲酸二丁酯(di-butyl phthalate,DBP)

邻苯二甲酸二丁酯(di-butyl phthalate,DBP)作为典型的EED，一直是研究的热点。20世纪中叶已有学者利用DBP成功建立了尿道下裂模型，从而为尿道下裂的内分泌源性病因研究提供了可能。近年研究主要关注DBP导致尿道下裂发生的机制，主要包括干扰激素合成和分泌以及改变基因的表达两个方面。已有多位学者证实了DBP可通过降低雄性子鼠血清雄激素或雄激素水平诱导尿道下裂的发生[25,26]。而DBP也可改变某些基因的表达，主要包括雄激素受体(androgen receptor,AR)、音猬因子(Shh)、骨形态发生蛋白4(bone morphogenetic protein 4,Bmp4)和成纤维细胞生长因子8(fibroblast growth factor 8,Fgf8)等几种生殖发育相关基因[27]。另外，最新的研究认为，DBP可能通过某些胚胎发育相关通路(如PI3K/Akt/mTOR[28]、PERK-eIF2α通路)诱导尿道下裂的发生[29]。Li等[28]利用DBP诱导的尿道下裂动物模型进行实验，发现尿道下裂胎鼠的生殖结节中自噬途径相关的某些直接或间接抑制蛋白(例如p-Akt，p-mTOR和p-S6)显著增加。

(二)邻苯二甲酸二(2-乙基)己酯(di-2-ethyl hexyl phthalate,DEHP)

DEHP是一种增塑剂，用于软化聚氯乙烯塑料和非聚合物，是一种常见的内分泌干扰物，在中国大量生产并广泛使用。从医疗设备、家具、食物或从水和空气中摄入的物质都会导致人类暴露于DEHP[30,31]。已有研究证实，产前DEHP暴露与先天性尿道下裂的发生有关[32]。Kamstra[33]利用斑马鱼进行实验得出，暴露于DEHP可降低转化生长因子-β(transforming growth factor-β,TGF-β)的表达水平。TGF-β家族作为强大的细胞因子家族，在众多细胞功能中发挥着重要作用，包括在所有组织中的增殖、分化、迁移和转导。此外，在TGF-β/Smad信号通路中，TGF-β可以通过磷酸化激活Smad蛋白，调节下游转化因子，如上皮-间质转化(epithelial-mesenchymal transition,EMT)信号通路。因此，DEHP引起尿道下裂的机制很可能与抑制TGF-β表达并影响TGF-β/Smad信号通路有关。

(三)氟他胺

氟他胺是一种雄激素受体拮抗剂，临床上主要将其用于治疗前列腺癌和前列腺肥大。多项研究发现，氟他胺可引起尿道下裂，被研究者广泛用于建立尿道下裂模型。尿道下裂术后，伤口的愈合过程涉及多种细胞因子，如转化生长因子-β1(transforming growth factor-β1,TGF-β1)、平滑肌肌动蛋白(smooth muscle actin,SMA)和信号转导和转录激活因子3(signal transducers and activators of transcription 3,STAT3)。这些细胞因子参与细胞增殖、组织重建以及血管生成等过程。Zhou等[34]研究发现，在由氟他胺引起的尿道下裂大鼠中，伤口愈合产生延迟，并且这种延迟可能是由于多基因调节所致。另一方面，氟他胺可导致氧化应激损伤的发生，过度消耗抗氧化酶，使尿道闭合过程受阻[35]。氟他胺则可能是通过抑制细胞增殖等相关因子，增强细胞的氧化应激作用，诱导尿道下裂的发生。

(四)有机磷及有机氯农药

Michalakis等[36]在患有尿道下裂的儿童及其父母的头发和血液样本中测量了磷酸二甲酯(di-methyl phosphate,DMP)、滴滴涕(diehloro-diphenyl-trichloro-ethane,DDT)等常见有机磷及有机氯农药的浓度，发现与对照组相比，尿道下裂组中患者及其父母的头发样本中DDT浓度明显高于相关职业接触者；尿道下裂患者母亲的头发样本中DMP的浓度显著高于正常儿童母亲的头发样本。由此猜测，有机磷酸盐和有机氯农药暴露可能是尿道下裂的潜在危险因素。

近年来，内分泌因素与尿道下裂之间的关系已经引起了学者们关注，特别是外源性内分泌干扰因素。虽然科学界早已认识到，在胎儿、新生儿以及成年期，暴露于内分泌干扰物(environmental endocrine disruptor,EED)会扰乱细胞正常的再生功能和发育过程。但是，工业化的飞速发展使得EED不可避免地侵入我们的日常生活中。罹患尿道下裂的儿童数量正在不断增长，这不仅给患者的家庭造成困扰，对社会的进一步发展也会产生深远的影响，针对EED导致的先天性尿道下裂急需引起卫生组织的高度关注。这对于预防先天性尿道下裂的发生以及控制该病在全世界范围内逐渐增长的趋势具有重要意义。