董琬如 余莉莉 陳明會 孔祥陽,*

1.昆明理工大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院(650500)；2.昆明理工大學(xué)醫(yī)學(xué)院

·綜 述·

SOX9基因變異引起的性別發(fā)育異常研究進(jìn)展

董琬如1余莉莉2陳明會2孔祥陽2,*

1.昆明理工大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院(650500)；2.昆明理工大學(xué)醫(yī)學(xué)院

性別發(fā)育異常(Disorders of Sex Development，DSD)是指染色體表型與性腺、外生殖器表征不一致，在人群中所占比例約為1:5000[1]。目前國內(nèi)外對性別發(fā)育異常的研究主要集中在發(fā)病的遺傳機(jī)制方面。已知的病因包括Y p -X p末端易位、胚層嵌合、SOX9基因的重復(fù)或缺失及參與性別決定的其它基因變異等[2]。其中Y p -X p末端易位和胚層嵌合類型患者主要為散發(fā)性，已報道的SOX9基因變異引起的性發(fā)育異常多為家族性遺傳[3]。SOX9與性別發(fā)育異常關(guān)系的研究是了解性別發(fā)育分子機(jī)理的一個熱點[4]。本文對性別發(fā)育異常的臨床特征和SOX9基因?qū)π詣e發(fā)育調(diào)控機(jī)制，遺傳變異與性別發(fā)育異常的關(guān)系等方面的研究進(jìn)行綜述，為相關(guān)的遺傳研究提供參考。

1 性別發(fā)育異常和致病基因

性別發(fā)育異常主要為外生殖器與性腺發(fā)育異常，一般可以在兩個階段被診斷：第一個階段在胎兒和新生兒時期，通常表現(xiàn)為尿道下裂，陰囊不對稱，睪丸偏大或偏小，存在卵睪體，既有男性生殖器，也有女性生殖器等；第二個階段在青春期，個體青春期延遲，女性出現(xiàn)男性化表征或者男性乳房發(fā)育，個體患有不孕癥，性腺腫瘤等[5]。性別發(fā)育異常的類型按染色體核型可分為：性染色體異常的DSD，46, XX性發(fā)育異常(46, XX男性)，46, XY性發(fā)育異常(46, XY 女性)[6]。已知引起睪丸發(fā)育障礙的突變基因有ARX、ATRX、CBX2、DHH、DMRT1、GATA4、MAMLD1、MAP3K1、NR0B1、NR5A1、SOX9、SRY、WNT4、WT1、WWOX基因，引起卵巢發(fā)育障礙的基因突變有MAMLD1、NR5A1、RSPO1、SOX3、SOX9、SRY、WNT4基因[7]。其中SOX9基因的變異可以引起睪丸和卵巢發(fā)育障礙，已知的46,XX性別逆轉(zhuǎn)多由SOX9基因變異引起[8]。

2 SOX9與性別決定

性別發(fā)育過程包括性別決定和性別分化兩個階段，其中性別決定是性別形成的關(guān)鍵時期[9]，絕大多數(shù)哺乳動物中SOX9基因在胚胎早期性別決定中起著關(guān)鍵作用。

2.1 SOX9在雄性性腺發(fā)育中的調(diào)節(jié)作用

SRY基因是男性性腺發(fā)育中決定性基因，胚胎發(fā)育初期，性生殖嵴具有分化成睪丸或卵巢的雙向潛能[10]，Y染色體上的SRY基因表達(dá)調(diào)節(jié)性生殖嵴向睪丸發(fā)展，即向男性途徑發(fā)育。雄性性腺的正常發(fā)育依賴于SOX9基因在特定的時間被啟動，及隨后維持一定的表達(dá)水平。SRY和SF1基因是啟動SOX9基因表達(dá)的主要基因。動物實驗中，在XY小鼠胚胎發(fā)育早期，在性交后9.5天(dpc)，SF1基因在體腔上皮細(xì)胞中表達(dá)，促進(jìn)Sertoli細(xì)胞前體細(xì)胞的形成[11]。10.5 dpc，SF1 與SOX9基因上游的性腺特異性增強(qiáng)子元件(TESCO)結(jié)合，啟動SOX9在原初性腺中表達(dá)。11.5dpc，SRY基因與SF1基因協(xié)同作用于TESCO進(jìn)一步上調(diào)SOX9表達(dá)。12.5dpc時，SOX9基因表達(dá)水平達(dá)到一個臨界值，SOX9基因可以識別并替代SRY基因的結(jié)合位點，導(dǎo)致SRY基因停止表達(dá)。SOX9初始表達(dá)啟動后存在三個通路維持SOX9基因的表達(dá)[12]：SOX9的自調(diào)節(jié)、FGF9與FGFR2介導(dǎo)的信號傳導(dǎo)和Sertoli細(xì)胞中PGD2介導(dǎo)的信號傳導(dǎo)。其中SOX9的自調(diào)節(jié)需要與SF1基因協(xié)同作用于TESCO[11]，同時SOX9對FGF9基因具有上調(diào)作用[13]。SOX9在原初性腺中特定發(fā)育階段的表達(dá)使Sertoli前體細(xì)胞發(fā)生分化，形成生殖腺索，最終產(chǎn)生睪丸曲精小管，啟動雄性分化程序。相反在XX胚胎中，支持細(xì)胞前體會分化成顆粒細(xì)胞即卵泡[14]。

2.2 SOX9在雌性性腺發(fā)育中的表達(dá)

在胚胎和成熟卵巢顆粒細(xì)胞中SOX9基因的表達(dá)被抑制，多基因參與抑制SOX9基因的表達(dá)。動物實驗中， XX小鼠原初性腺中SOX9基因表達(dá)下調(diào)，其中DAX1、 FOXL2是抑制SOX9基因在雌性原初性腺中表達(dá)的重要基因。兩者對SOX9基因的抑制均主要是通過阻止SF1與TESCO的結(jié)合[11，15-16]，同時FOXL2與雌激素受體的協(xié)同作用對SOX9的表達(dá)進(jìn)行更強(qiáng)烈抑制。另外卵巢發(fā)育決定基因RSPO-1基因通過調(diào)節(jié)WNT4啟動Wnt/β-catenin信號通路，既而減弱SF1與TESCO結(jié)合，在轉(zhuǎn)錄水平上抑制SOX9基因表達(dá)[17]。 此外WNT4基因高度表達(dá)也能對FGF9/FGFR2反饋環(huán)路產(chǎn)生拮抗作用，進(jìn)而抑制SOX9基因表達(dá)[18]。抑制SOX9的表達(dá)在正常的雌性分化中至關(guān)重要。在XX胚胎中，SOX9的異常表達(dá)會抑制卵巢分化基因，干擾Wnt/β-catenin信號通路，使得女性發(fā)育途徑被擾亂，從而導(dǎo)致XX性腺發(fā)育異常[14]。小鼠實驗表明，SOX9基因上游插入外源DNA片段可提高SOX9表達(dá)水平，進(jìn)而引起XX小鼠的性別發(fā)生逆轉(zhuǎn)[19]。

3 SOX9基因變異在性別發(fā)育中的作用

3.1 SOX9基因變異與46，XX DSD

已報道的SOX9基因缺陷誘發(fā)雌雄性別逆轉(zhuǎn)主要是由于SOX9基因上游的遠(yuǎn)端調(diào)節(jié)區(qū)域結(jié)構(gòu)變異引起的。目前已經(jīng)報道了多例SOX9基因重復(fù)引起46，XX性別發(fā)育障礙，這些患者中檢測出的重復(fù)區(qū)域分別在SOX9基因上游600 kb、500 kb、353 kb、595-447 kb、508 kb 、510-584 kb處[3，8，20-22]。另外SOX9基因上游區(qū)域的易位也可以引起46，XX性別發(fā)育異常[23]。后續(xù)小鼠模型中證明，SOX9上游遠(yuǎn)端重復(fù)可以增加SOX9基因的表達(dá)水平，并且引起雌鼠發(fā)生性別逆轉(zhuǎn)[19]。據(jù)推測SOX9上游的遠(yuǎn)端調(diào)節(jié)區(qū)域在510-584 kb間[8]，該區(qū)域可能通過組蛋白修飾調(diào)節(jié)SOX9基因的表達(dá)水平[24]，其確切機(jī)制尚不清楚。

3.2 SOX9基因變異與46，XY DSD

SOX9基因編碼區(qū)域的非同義突變可誘發(fā)46，XY性別發(fā)育異常。SOX9功能丟失突變誘發(fā)的軀干發(fā)育異常(CD)患者中，近75%的46，XY個體都同時伴有輕度或完全性別發(fā)育異常[25]。其中這些突變包括移碼突變和無義突變，產(chǎn)生截短蛋白，或其產(chǎn)物蛋白缺少關(guān)鍵的功能區(qū)域，喪失正常功能[26-27]。表1中匯總了CD患者輕度或完全性別發(fā)育異常個體攜帶變異類型。從變異發(fā)生的位置來看，在外顯子3中突變的頻率最高。這些變異多為堿基置換突變，其次是插入缺失，移碼突變[26-37]。

表1 CD患者中性發(fā)育異常個體SOX9基因編碼區(qū)變異位點

SOX9上游調(diào)節(jié)區(qū)域缺失和易位也可導(dǎo)致46，XY性別發(fā)育異常，包括散發(fā)型和家族性患者，其中家族性的病例比較復(fù)雜。攜帶SOX9基因缺失的個體可能表現(xiàn)為不規(guī)則顯性，可能的解釋是存在另外的修飾基因與SOX9的變異存在交互作用，從而導(dǎo)致了攜帶缺失或重復(fù)的雜合型個體具有不同的表現(xiàn)型[38]。對于SOX9基因易位引起的46，XY DSD的病例，F(xiàn)onseca AC等人做了總結(jié)，其中46，XY DSD的CD患者中，易位斷點主要集中在SOX9上游50-375kb區(qū)域，有輕微軀干發(fā)育異常(ACD)的患者易位斷點區(qū)域主要集中在SOX9上游789-932kb區(qū)域[39]，SOX9基因易位區(qū)域的斷點位置與軀干發(fā)育異常的程度有關(guān)聯(lián)。SOX9基因變異包括編碼區(qū)突變，上游區(qū)域的缺失和易位導(dǎo)致性別發(fā)育表現(xiàn)型的多樣性的分子遺傳學(xué)機(jī)理尚不清楚。

4 SOX9基因致病變異的檢測方法

目前已采用的SOX9基因變異的檢測技術(shù)主要包括熒光原位雜交、多重探針連接、熒光定量PCR、DNA一代測序和二代測序等。熒光原位雜交技術(shù)可以檢測SOX9基因大片段結(jié)構(gòu)的變異[3]；多重探針連接技術(shù)，對核酸中靶序列進(jìn)行定位和定量，可以確定SOX9基因中片段重復(fù)或缺失突變的位置信息[22]； 根據(jù)多重探針連接技術(shù)的結(jié)果設(shè)計熒光定量PCR，可進(jìn)一步鑒定重復(fù)或缺失斷點位置[8]；DNA一代測序技術(shù)和二代測序技術(shù)的結(jié)合使用，可最終確定出重復(fù)或缺失的具體位置；DNA測序技術(shù)可以對SOX9基因編碼區(qū)的致病突變進(jìn)行篩查[25]?；驒z測技術(shù)對于性別發(fā)育異常疾病的診斷和治療提供了科學(xué)依據(jù)，隨著分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對SOX9基因變異的研究也將更加深入。

5 結(jié)論與展望

SOX9基因是性別決定中的關(guān)鍵基因，目前對SOX9基因上的變異誘發(fā)性別發(fā)育異常的研究主要集中于兩方面：人類遺傳研究中鑒定誘發(fā)性別發(fā)育異常的SOX9變異及后續(xù)的小鼠實驗中對變異位點功能的研究。雖然30%～40% 的性腺發(fā)育異常的病因可以歸結(jié)為SOX9基因點突變、缺失和重復(fù)等，但是仍有60%左右病因尚不明確[40]:一種可能是多個參與性別決定的等位基因共同作用，其它基因上的變異可能與SOX9基因調(diào)控區(qū)域變異發(fā)生交互作用進(jìn)而參與疾病的發(fā)生，例如某些基因可能對SOX9基因上游調(diào)控缺失具有保護(hù)作用[38]。另一種可能是性別特異的表觀遺傳修飾和遺傳背景的共同作用導(dǎo)致性別表型差異[24，40]。性別發(fā)育過程是極其復(fù)雜的過程，目前人們對其機(jī)制了解少之甚少，對SOX9基因在性別發(fā)育中的進(jìn)一步研究可為性別發(fā)育異常疾病的診斷和治療提供依據(jù)，并為解釋臨床多種表型的發(fā)生機(jī)制提供研究基礎(chǔ)。

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[責(zé)任編輯：王麗娜]

2015-06-17

2015-12-18

*通訊作者：1745982615@qq.com