女性不育症的基因遗传学研究进展

张梦莉，刘露，覃春容

不孕不育是一种复杂的、多因素导致的疾病，已知通过染色体核型分析诊断出的多种染色体畸变与女性不育症有关，最近还发现了单基因变异与女性不育症的关系。本文就对影响性腺发育、卵母细胞发育和成熟、胚胎发生等过程中的单基因遗传学研究进展进行综述，以期为女性不孕不育的诊治提供参考和借鉴。

1 XY性腺发育不全

46，XY性腺发育不全又称为Swyer综合征，可分为完全型和部分型，部分型患者可能具有少量管状结构或纤维组织，也可能表现为条索状性腺，而完全型患者为完全的女性表型，没有性腺发育。XY性腺发育不全最显著的临床表现是生殖器不确定和尿道下裂，在过去的几年中，研究者们发现了大量基因参与了人类的性别决定，46，XY性腺发育不全主要与参与性别决定过程中的基因突变有关，例如NR5A1，MAP3K1，GATA4，FOG2基因突变[1]。类固醇生成因子1(steroidogenic factor 1，NAR5A1/SF1)是一些与性腺发育和生殖有关的基因的核受体和转录调节因子，参与调节与男性性别决定和分化有关的SRY-box转录因子9(SRY-box transcription factor 9，SOX9)和抗苗勒管激素(anti-Müllerian hormone，AMH)基因的表达，并参与控制类固醇生成所需的各种酶的表达，最终导致男性性腺发育[2-3]。Sudhakar等[4]报道了NR5A1基因的三个致病性突变导致46，XY性腺发育不全：p.Gly22Ser、p.Ser143Asn和p.Ser32Asn，其中前两种基因突变为新发现的致病性突变。p.Gly22Ser和p.Ser32Asn突变由于会影响NR5A1蛋白N端DNA结合域中的关键位置，可显著影响蛋白质与目标DNA结合和转录激活能力；p.Ser143Asn突变不影响蛋白质与DNA结合能力，但可导致基因转录激活的能力明显下降，这个发现将有助于提高46，XY性腺发育不全患者的诊断和管理。最近，Laan等[5]又发现了NR5A1基因的一个新突变：c.991-1g>c 剪接位点变异，该突变会引起家族性46，XY部分性腺发育不全伴不完全外显，这一新发现将有助于家族中没有显现性腺发育不全表型的携带者作出更好的生殖决策。SRY基因一直被认为是男性性别分化和性腺发育途径中的关键基因，约有15%的46，XY性发育障碍患者是由于SRY基因突变，Raveendran等[6]报道了在SRY基因的HMG结构域中发现了一个新的错义突变c.266 A>T(p.E89V)，突变导致氨基酸密码子的转换——高亲水性谷氨酸残基被类似缬氨酸的疏水性残基替代，最终导致46，XY完全型性腺发育不全。最近，Mcelreavey等[7]从13例46，XY性腺发育不全儿童中，发现了核糖体生物合成所必需的DEAH-box RNA解旋酶DHX37致病性变异，该变异是46，XY性腺发育不全的一个新的常见病因，这提示了46，XY性腺发育不全也可能是一种核糖体病。

2 卵巢早衰

卵巢早衰(premature ovarian failure，POF)是指女性在40岁之前出现卵巢功能衰竭，以低雌激素所导致的闭经、不孕、高促性腺激素以及随之而来的更年期相关症状，如潮热、盗汗和阴道干涩为特征，又称为早发性卵巢功能不全(primary ovarian insufficiency，POI)。先前就有研究者发现在患有POF的高加索人、印度人和中国妇女中有1.5%～15%的患者存在BMP15基因突变，并推测其可能在POF中起决定性作用[8]；随后冯念等[9]的研究表明，BMP15可能通过与TBP2相互协同作用调控自身免疫性POF发病过程，最近Rossetti等[10]发现BMP15缺失突变仅在纯合状态下引起POI，而杂合子BMP15错义突变可能通过干扰卵磷脂活性影响卵巢功能。新生卵巢同源盒基因(newborn ovary homeobox gene，NOBOX)是卵母细胞特异性同源盒基因，其编码的蛋白质表达于生殖细胞和原始卵母细胞中,通过同源结构域和CG蛋白区域直接调节卵母细胞关键特异性因子，在早期卵泡发生中起重要作用[11]。Franca等[12]首次发现了一个纯合c.1489delT NOBOX突变，该突变符合常染色体隐性遗传，揭示了NOBOX导致POI的新遗传方式，有利于提高对该疾病的遗传诊断。随后，研究者陆续发现FIGLA的双等位基因突变[13]、EIF4ENIF中c.2525A>C;p.Q842P突变[14]与POI有关，这些发现提供了关于POI遗传学的新信息，可用于POI的遗传咨询。最近，有研究者在DMC1基因中发现了一个新的错义突变纯合子：NM_007068.3:c.106G>a,p.Asp36Asn，并证实该突变可能通过使减数分裂停止导致女性POF，而具体的病理机制尚不清楚[15]，还需要进一步探究。

3 空卵泡综合征

空卵泡综合征(empty follicle syndrome，EFS)是指在进行辅助生殖过程中，不能从成熟卵泡中获取卵子的一种生殖障碍性疾病。EFS可分为真性空卵泡综合征(genuine EFS，gEFS)和假性空卵泡综合征(false EFS，fEFS)，fEFS主要与药物、医源性有关。至今，国际上报道了LHCGR基因、ZP基因突变与gEFS有关。其中，LHCGR基因的纯合无义突变，将会导致终止密码提前形成[16]；ZP基因变异可能通过破坏透明带组装，使卵母细胞与卵丘细胞之间的通讯通路受到干扰，从而导致EFS，并有研究者推测 ZP 基因突变可能是导致gEFS的主要病因[17]。Cao等[18]报道了ZP3的杂合子突变(c.400G>a)导致透明带形成障碍，ZP3的 A134T 突变氨基酸阻碍了 ZP3和 ZP2之间的相互作用，破坏了 ZP 蛋白的组装，导致EFS 。最新研究发现ZP3中新的杂合子 S173C 突变，导致 ZP3和 ZP2之间的相互作用减少，从而可能影响透明带纤维网络的形成，导致女性不孕症[19]。这些研究的发现扩展了与EFS有关的基因谱，将有助于精确诊断这方面的女性不孕症。

4 卵母细胞成熟障碍

一直以来，对于影响卵母细胞成熟的遗传学因素都是未知的，直到最近几年才发现导致卵母细胞成熟缺陷的致病性遗传变异，尤其是微管蛋白β8基因(Tubulin Beta8，TUBB8)的杂合突变会影响减数分裂纺锤体的组装，并导致卵母细胞成熟缺陷[20]，随后研究者们陆续发现了TUBB8基因的多个致病位点，包括:错义突变、无义突变、移码突变等[20-23]。最近有研究者发现了PATL2基因两个新的纯合错义突变(P510T和S459Y)，这将导致患者卵母细胞成熟停滞、形态异常和表型变异[24]。他们推测PATL2中的S459Y和P510T突变(与I318T类似)可能通过降低蛋白质稳定性导致PATL2蛋白降解，导致PATL2蛋白表达水平降低，最终导致卵母细胞成熟受阻[25]。TRIP13基因编码腺苷酸三磷酸酶，是纺锤体组装检查点的重要组成部分，研究发现TRIP13中的纯合和复合杂合错义突变可导致卵母细胞成熟阻滞和异常的合子分裂，且突变对有丝分裂没有影响。研究者将TRIP13 cRNA注射到患者的卵母细胞中，可以挽救这种突变，说明该方法可能有助于疾病的治疗[26]。Zhao等[27]通过对5个不育个体的研究，发现了双等位基因CDC20突变(c.683A>G，p.Tyr228Cys和c.1316T>G，p.Leu439Arg)与卵母细胞成熟的相关性，并探索了直接注射CDC20 cRNA可有效改善卵母细胞成熟，指导了CDC20基因突变患者的治疗。

5 早期胚胎停育

早期胚胎发育停滞是导致女性不育的主要原因之一。目前对于引起该病的遗传学因素尚在研究当中。Alazami等[28]首先报道了TLE6突变可以通过影响TLE6磷酸化导致人类胚胎早期卵裂阶段的死亡，而磷酸化在pka介导的卵母细胞减数分裂第二次分裂的进程中是至关重要的。Wang等[29-31]首次在KHDC3L中鉴定了一个新的纯合子c.44delA(p.Q15Rfs*25),发现该患者在经历卵胞浆内精子注射(intracytoplasmic sperm injection，ICSI)后的胚胎能正常受精，但在桑椹期停止发育，这与先前对NLRP7突变患者的研究一致。从NLRP7或KHDC3L突变患者的胚胎中获得的类似结果，以及它们编码的蛋白质在卵母细胞和胚胎中的作用，表明NLRP7和KHDC3L蛋白可能在胚胎发育中发挥相似的功能[31]，该研究的发现扩宽了不育症患者的病因学诊断。随后Wang等又在减数分裂基因REC114中发现了一个新的纯合错义突变(c.397T>g，p.c133g)和一个新的纯合子供体剪接位点突变(c.546+5 g>a)。REC114参与了双链断裂，双链断裂引发同源染色体重组。他们的研究证明剪接位点突变影响了REC114的正常选择性剪接，而错义突变在体外降低了REC114的蛋白水平，导致其保护伴侣蛋白MEI4免受降解的功能丧失，进而导致了早期胚胎停止[32]。Yao等[33]报道了PADI6突变可以通过干扰合子基因组激活过程(zygote genome activation,ZGA)导致早期胚胎停育。Mu等[34]报道了NLPR2和NLRP5的双等位基因突变，前者在体外损害了NLRP2蛋白的稳定性，后者的突变也损害了Hela细胞以及卵母细胞和胚胎中NLRP5蛋白的稳定性，进而导致早期胚胎发育停止。最近，Xu Y等[35]又在NLRP5中发现了一个新的纯合子变异c.1061C>t(p.Pro354Leu)，是与人类早期胚胎停止有关的双等位基因NLRP5突变的第二份报告，进一步证实了NLRP5基因突变在早期胚胎停育中的作用，扩大了NLRP5中已知致病基因突变的范围。

6 复发性流产

复发性流产为孕早期连续2次或以上的流产，其影响到1%～5%的育龄妇女，主要与以下因素有关：父母或胚胎的染色体异常、血栓形成状态、子宫的结构异常、内分泌功能障碍、感染、免疫学因素、微量元素、精液质量、环境因素及不良卫生生活习惯等。尽管人类不育症在临床和生化诊断方面已取得进展，据估计仍有35%～60%的病例被认为是特发性的，表明了遗传因素可能是导致复发性流产的原因之一[36]。

李静等[37]通过对复发性流产患者绒毛组织中DNA甲基化水平的测定，发现DNMT1、DNMT3b的表达水平下调，TET1、TET2的表达水平上调，导致胎儿绒毛组织甲基化水平降低，进而导致流产。Gao等[38]的研究发现，在复发性流产患者中，NLRP3炎性小体介导的异常炎症反应可能降低滋养层细胞活性，从而导致早期胚胎植入失败，因LMWH可显著抑制此过程而有望成为复发性流产的重要治疗手段[38]。钟兴明等[39]在多囊卵巢综合征患者中发现了lncRNA H19 rs7103849位点G基因的频率分布增加，进而推测H19基因多态性可能与复发性流产有关。Liu等[40]通过检测复发性流产患者的血清维生素D(Vitamin D，VD)含量和部分细胞因子，发现CYP2R1 rs12794714 AG基因型与VD水平呈显著相关，VD通过降低某些Th1细胞因子的水平和增加某些Th2细胞因子的水平来调节免疫功能，从而影响怀孕。结果表明CYP2R1可能是复发性流产的危险因素。所以早期筛查孕妇CYP2R1 rs12794714，以保证尽早干预复发性流产的发生。最近有研究者在复发性流产患者中，鉴定了KHDC3L(c.322_325delGACT)的致病变异。KHDC3L是通过结合多聚腺苷二磷酸核糖聚合酶1(PARP1)激活的，最近发现KHDC3L还通过同源重组介导的DNA损伤后修复功能介入DNA损伤部位。因此，KHDC3L的功能缺陷导致致死表型是由于PARP1的抑制和同源重组修复缺陷，这项研究扩展了我们对复发性流产相关基因的认识[41]。曹琴英等[42]通过对不明原因复发性流产患者FMR1基因检测发现，FMRl基因CGG重复序列等位基因中间型以及较大的正常型与不明原因复发性流产可能存在相关性，但由于研究未对病例组和对照组的AMH和FSH水平进行测定和分析，所以具体的相关机制仍未解释清楚。

7 总结与展望

综上所述，不孕不育是一个重要且日益严重的临床问题，之前的研究报道了女性不育与显性遗传、隐性遗传和x-连锁遗传的相关性，而且明确了TLE6、PADI6和PATL2等基因在女性不育的重要决定因素，在这里，通过探讨女性不育症的基因遗传学研究进展，希望鉴定已知和新的与女性不育症相关的基因变异，从而为指导女性不孕不育患者的诊治提供参考。