遗传缺陷致中枢性性早熟病因学的研究新进展

张余韵 综述 罗飞宏 审校

（复旦大学附属儿科医院内分泌遗传代谢科，上海 201102）

青春发育是由下丘脑- 垂体- 性腺（hypothalamic-pituitary-gonadal, HPG）轴激活导致第二性征出现的正常生理现象。HPG 轴最初活跃于胎儿期和新生儿期，在儿童期处于相对稳定的静默状态，随着下丘脑促性腺激素释放激素（gonadotropin-releasing hormone, GnRH）脉冲性释放的出现而被激活，刺激垂体前叶分泌黄体生成素（luteinizing hormone, LH） 和 卵 泡 刺 激 素（follicle-stimulating hormone, FSH）［1］。根据2023 年最新发布的《中枢性性早熟诊断与治疗专家共识（2022）》［2］，女孩7.5岁以前乳房开始发育，10岁前出现月经初潮，男孩9 岁以前睾丸增大至4 mL，均可诊断为性早熟。性早熟可引起骨骺过早融合，最终可导致成年身高减损。排除继发因素后，单纯HPG 轴功能过早启动导致的中枢性性早熟（central precocious puberty, CPP）可能是多种基因变异的叠加效应或单个基因致病性变异所致。随着近年来分子生物学特别是二代测序技术的发展，CPP的遗传学病因受到重视，本文就近年来CPP有关的遗传变异进展作一简要综述并探讨其机制。

1 单基因致病因素

1.1 亲吻素-1基因/亲吻素-1受体基因系统

亲吻素（kisspeptin）是由新型肿瘤转移抑制基因亲吻素-1（kisspeptin-1,KISS1）基因编码产生的多肽，在男性和女性下丘脑弓状核、女性前腹侧核及脑室周围核连续体表达，作为GnRH脉冲发生器的关键部分，与神经激肽B、强啡肽A共同构成KNDy 系统，参与GnRH 分泌的调节及性激素的正反馈调节［3］。亲吻素为强效GnRH 分泌刺激剂［4］，高浓度亲吻素可导致新生儿乳房和睾丸发育，参与小青春期的发生［5］。

亲吻素-1 受体（kisspeptin-1 receptor,KISS1R）基因，又称G 蛋白偶联受体54（G-protein-coupled receptor 54,GPR54）基因，其突变是最先发现的CPP相关单基因突变［6］，其功能缺失性突变导致低促性腺激素性性腺功能减退症，表现为性发育延迟、原发性闭经、不孕等。在1 例7 岁乳房发育、阴毛早现女童CPP 病例中首先发现存在KISS1R基因Arg386Pro 错义突变（常染色体显性遗传），该突变不引起受体的激活或亲吻素配体亲和力的提高，但导致突变的受体不被降解而循环回到细胞膜，从而产生获得性功能增强。KISS1基因的致病性突变导致亲吻素降解减少，发生在5'UTR或近端启动子的变异可导致亲吻素表达增加、对KISS1R基因的亲和力增强，从而促进GnRH 神经元的激活。此外，KISS1-GPR54-GnRH轴的表达水平在青春发育过程中存在相同动态变化，王海莲等［7］通过N-甲基-D-天冬氨酸建立的CPP 动物模型发现，下丘脑中内分泌关联神经元代谢显著增强，KISS1、GPR54及GnRH基因的mRNA 表达丰度在青春发育早期均显著升高；而Rhie 等［8］发现CPP患儿亲吻素血清水平较对照组升高。虽然KISS1-GPR54-GnRH 轴在CPP 的发生发展中起重要作用，但迄今发现的KISS1或KISS1R基因突变病例十分有限，由此推测KISS1和KISS1R基因的突变可能是CPP的罕见病因。

1.2 MKRN3基因

MKRN3基因编码507 个氨基酸的MKRN3 蛋白，该蛋白具有大多数E3 泛素连接酶中存在的C3HC4 锌指基序及多个C3H 结构域，参与细胞信号转导和蛋白质的泛素化过程，控制青春期的起始［9］。MKRN3基因致病性突变是目前已知的CPP最常见遗传病因［10］。

MKRN3基因位于Prader-Willi 综合征的关键区域（染色体15q11.2），受Prader-Willi 综合征印迹中心PWS-IC 与Angelman 综合征印迹中心AS-IC 的调控［11］。正常情况下，MKRN3蛋白介导甲基-CpG结合域3（methyl-CpG binding domain 3, MBD3）的泛素化，导致调节mRNA 稳定性的聚腺苷酸结合蛋白与GnRH1mRNA聚腺苷酸尾的结合能力减弱，GnRH1mRNA 长度缩短，翻译起始复合物受损，从而使GnRH 水平下调；MKRN3 蛋白还可将聚泛素链与MBD3中多个位点的赖氨酸偶联，通过泛素化作用破坏MBD3 与GnRH1基因启动子的结合，确保MKRN3基因对GnRH1基因表达的抑制作用，从而抑制青春发育的起始［12］。在青春期启动前，MKRN3基因表达突然降低［13］；Abreu等［14］的体外实验证实MKRN3基因抑制GnRH 刺激因子KISS1和TAC3基因的转录，并与二者mRNA 水平呈负相关。临床研究表明与未发育的对照组相比，性早熟患者外周血中MKRN3 蛋白浓度较低，与LH、FSH 等促性腺激素水平呈负相关；而MKRN3基因功能区的缺失性突变，将导致GnRH基因的激活，提前进入青春期［15］。目前已发现的MKRN3基因突变，包括移码突变、错义突变与无义突变3种，在不同种族、区域均有报道［16］。此外，陈占峰等［17］发现MKRN3基因rs2239669 不同多态性位点（TT、TC、CC）的患儿基因表达水平存在差异，进而导致不同程度的CPP发病风险。

MKRN3基因为母系印迹基因，通过对CPP 患者家系基因的分析发现，目前已知的致病性突变均为父源，如p.Arg328Cys、p.Cys410Ter、p.Pro160Cysfs*14 等［18］。MKRN3基因突变常见于家族性CPP，男性患者比女性患者携带MKRN3基因突变的可能性更大；突变携带者中女性发生CPP的中位年龄（6.0 岁）较男性（8.25 岁）提前；且与男性相比，携带有MKRN3基因突变的女性青春发育体征更显著［19］；在家族性CPP 中女性比例占优势（女性90%），表明MKRN3基因对青春期发育的调控作用存在性别差异。Tinano 等［20］指出母系遗传性CPP 属于常染色体显性遗传，具有不完全的、性别依赖的外显率，在女性中存在较高的外显率。此外，MKRN3 蛋白还可通过环指结构抑制神经正五聚蛋白-1 前体的活性，但尚未证实该蛋白与MKRN3蛋白血清浓度有关联［21］。

1.3 DLK1基因

DLK1（Delta-like 1 homolog）基因是位于人染色体14q32.2 的一种CPP 相关新型致病因素，也称前脂肪细胞因子1，属于Notch/Delta/Serrate 家族，编码类似表皮生长因子的膜结合蛋白，在神经组织、内分泌系统和干细胞中表达，调控Notch信号通路。与MKRN3基因相似，DLK1基因同为母系印迹、父系表达基因，印迹模式受两个差异甲基化区域（differentially methylated region, DMR） 控制，分别为基因间差异甲基化区域IG-DMR和受精后衍生的次级MEG3-DMR［22］。DLK1基因的功能缺失性突变发生率仅次于MKRN3基因，但其机制尚不明确，推测DLK1基因的异常甲基化或印迹增加亲吻素神经元的神经生成进而影响CPP发生［23］。

DLK1基因突变的临床表现包括肥胖、2 型糖尿病、高脂血症等［24］。多囊卵巢综合征和不孕症也与DLK1基因突变有关。DLK1基因连同父系染色体上RTL1和DIO3基因的缺失可导致Temple 综合征，表现为生长迟缓、张力减退、运动迟缓和消瘦［25］；而母源等位基因表达的MEG3等基因的缺失导致Tokagami 综合征，表现为面部畸形、腹壁缺损、肺发育不全和智力障碍［23］。Temple 综合征大多合并CPP 及初潮时间提前，多导致成年后身材矮小，因此，DLK1基因位点印迹的缺失是CPP 的可能机制之一［26］。国内对特发性CPP 患者的基因进行筛查，但未发现致病性变异或拷贝数异常，表明MKRN3、DLK1等基因的突变可能并非我国CPP的常见病因［27］。

1.4 LIN28B基因/LIN28A基因

全基因组关联分析研究发现，LIN28B基因变异与青春期启动时间有关。LIN28B基因是let-7 microRNA的转录后抑制物，参与其降解和负调节，与月经初潮年龄密切相关［28］。青春期时LIN28基因在下丘脑中的表达下降，与MKRN3基因一致，LIN28B基因被认为或与MKRN3基因协同调节青春启动的时间［29］。LIN28B基因的功能冗余同源物LIN28A在转基因小鼠中也存在青春发育的关联性［30］。但LIN28B的编码区仅发现p.His199Arg变异符合CPP 的临床表现，但该变异也存在于正常发育儿童中，因此该变异未被认为是CPP 致病性变异［31］。Yi等［29］纵向随访7～9岁儿童青春发育起始时间发现，LIN28B单核苷酸多态性rs314276 和rs314280 与男性性早熟存在关联，但与女性无关。目前，LIN28B和LIN28A调节性发育启动机制还在进一步研究中。

1.5 其他基因

体细胞内GNAS-1基因编码的鸟嘌呤核苷酸结合蛋白（G 蛋白）α 亚基（Gsα）发生基因突变导致McCune-Albright 综合征，表现为性早熟合并纤维性骨发育不良、皮肤咖啡色素斑等临床表现［32］。其他更为罕见的单基因，如MAGEL2基因，同为母系印迹、父系遗传基因，作用于MKRN3基因编码的泛素连接酶，降低MKRN3基因稳定性，或间接导致CPP的发生［33］；NOTCH1/2基因复制所导致的基因剂量增加，影响亲吻素神经元的发育，也可能引起CPP［34］。

2 表观遗传学致病因素

由于大量CPP 患者尚未找到潜在的基因致病性变异，表观遗传学相关致病作用近年来受到重视；研究已发现多种HPG 轴上的表观遗传缺陷可引起发育异常。由IGF2/H19基因IG-DMR 的低甲基化和7 号染色体单亲二倍体导致的Silver-Russell综合征，患者的青春期开始时间发生于正常值的下限［35］。与X连锁基因甲基-CpG-结合蛋白缺陷相关的Rett综合征，已有多例患者被报道存在性早熟的临床表现［36］。基因的甲基化、组蛋白乙酰化修饰等表观遗传学调控在青春期启动中可能起重要作用。

2.1 DNA甲基化调控

DNA 的甲基化和去甲基化分别由DNA 甲基转移酶DNMT和去甲基化酶TET催化。Lomniczi等［37］发现，在青春期之前，下丘脑中两个关键Polycomb复合物蛋白（Polycomb group, PcG）基因EED和CBX7的表达量减少，其启动子的甲基化增加。通过DNMT抑制剂五氮杂胞苷处理产后小鼠，可阻止EED和CBX7甲基化，使二者mRNA水平升高，阻止青春期的发生。Bessa等［38］通过分析正常青春期相关的甲基化改变，发现青春期前后存在120个甲基化差异区域，大多位于X 染色体。在青春期组中，只有一个包含ZFP57启动子的基因组区域被低甲基化，位于染色体6p22.1，青春期时在下丘脑的表达增加，与GnRH和KISS1基因的高表达一致，并被证实参与MKRN3基因和DLK1基因等多个基因的印迹修饰［39］。多项临床研究结果表明，MKRN3基因甲基化缺陷不是CPP 的常见原因［40］，而DLK1基因低甲基化与类似Temple综合征的散发性CPP相关。Li等［41］通过构建MKRN3基因敲除小鼠模型实验发现，MKRN3基因抑制CPP 的作用与去甲基化酶TET2的募集有关。

2.2 微小核糖核酸调控

研究发现，特定的微小核糖核酸（microRNA,miR）可对青春期前下丘脑GnRH基因的表达起调节作用，异常则导致GnRH基因表达的缺失或释放节律的改变［42］。其中，miR-200 和miR-155 与青春期前刺激GnRH产生增加密切相关。Heras等［43］的大鼠研究发现，miR-30b 可抑制MKRN3基因3'UTR，从而减少MKRN3基因的表达，导致青春期提前。此外，miR-125b可加快原始卵泡的发育；miR-7a2参与垂体的发育，缺失可导致中枢性性腺功能低下。动物实验发现let-7c、miR-125b-2、miR802 等在小青春期前后选择性地富集到GnRH神经元中，下丘脑miR-200b 的过表达可矫正海马基因表达和突触传递，使GnRH转录调控网络的基因正常化［44］。

3 基因调控网络

基因调控网络学说认为青春期的过程由高度协调和相互作用的基因网络控制，网络核心由编码转录调节因子组成，指导下游从属基因，通过它们在参与启动青春期的神经元和神经胶质细胞亚群中表达。单个基因的序列变异可能不会导致CPP的易感性，但多个结构功能上相连接的基因同时发生改变可能会影响基因网络整体的表达［45］。基于此，Cukier等［46］研究了86例CPP和47例促性腺激素性性腺功能减退症患者，结果发现TTF1基因和EAP1基因可能通过改变与青春期相关基因网络中其他成员的表达，或通过不同程度影响这些基因网络中基因成分的表达来影响青春期的启动。目前该领域的研究尚在进一步完善中。

4 总结与展望

迄今为止，KISS1、KISS1R基因的功能获得性突变，MKRN3、LIN28及DLK1印迹基因的功能缺失性突变均是CPP 重要的单基因致病原因。上述单基因相关的表观遗传修饰，也可通过去甲基化、miRNA 调节，促进GnRH基因的表达。MKRN3基因等在西方突变率较高的基因，在包括我国在内的亚洲地区突变率非常低，提示亚裔人群的CPP遗传发生机制有待未来进一步研究。

作者贡献声明：张余韵负责查阅文献，撰写文章；罗飞宏负责修改综述，并予以完善。

利益冲突声明：所有作者声明无利益冲突。