SOX9基因變異引起的性別發(fā)育異常研究進展

董琬如 余莉莉 陳明會 孔祥陽,*

1.昆明理工大學生命科學與技術(shù)學院(650500)；2.昆明理工大學醫(yī)學院

·綜 述·

SOX9基因變異引起的性別發(fā)育異常研究進展

董琬如1余莉莉2陳明會2孔祥陽2,*

1.昆明理工大學生命科學與技術(shù)學院(650500)；2.昆明理工大學醫(yī)學院

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)控機制，遺傳變異與性別發(fā)育異常的關(guān)系等方面的研究進行綜述，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水平。SRY和SF1基因是啟動SOX9基因表達的主要基因。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基因在體腔上皮細胞中表達，促進Sertoli細胞前體細胞的形成[11]。10.5 dpc，SF1 與SOX9基因上游的性腺特異性增強子元件(TESCO)結(jié)合，啟動SOX9在原初性腺中表達。11.5dpc，SRY基因與SF1基因協(xié)同作用于TESCO進一步上調(diào)SOX9表達。12.5dpc時，SOX9基因表達水平達到一個臨界值，SOX9基因可以識別并替代SRY基因的結(jié)合位點，導致SRY基因停止表達。SOX9初始表達啟動后存在三個通路維持SOX9基因的表達[12]：SOX9的自調(diào)節(jié)、FGF9與FGFR2介導的信號傳導和Sertoli細胞中PGD2介導的信號傳導。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)育階段的表達使Sertoli前體細胞發(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，支持細胞前體會分化成顆粒細胞即卵泡[14]。

2.2 SOX9在雌性性腺發(fā)育中的表達

在胚胎和成熟卵巢顆粒細胞中SOX9基因的表達被抑制，多基因參與抑制SOX9基因的表達。動物實驗中， XX小鼠原初性腺中SOX9基因表達下調(diào)，其中DAX1、 FOXL2是抑制SOX9基因在雌性原初性腺中表達的重要基因。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的表達進行更強烈抑制。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[17]。 此外WNT4基因高度表達也能對FGF9/FGFR2反饋環(huán)路產(chǎn)生拮抗作用，進而抑制SOX9基因表達[18]。抑制SOX9的表達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表達水平，進而引起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基因重復引起46，XX性別發(fā)育障礙，這些患者中檢測出的重復區(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上游遠端重復可以增加SOX9基因的表達水平，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基因的表達水平[24]，其確切機制尚不清楚。

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，從而導致了攜帶缺失或重復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)域的缺失和易位導致性別發(fā)育表現(xiàn)型的多樣性的分子遺傳學機理尚不清楚。

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)，對核酸中靶序列進行定位和定量，可以確定SOX9基因中片段重復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，可進一步鑒定重復或缺失斷點位置[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依據(jù)，隨著分子生物學技術(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致性別表型差異[24，40]。性別發(fā)育過程是極其復雜的過程，目前人們對其機制了解少之甚少，對SOX9基因在性別發(fā)育中的進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)生機制提供研究基礎(chǔ)。

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[責任編輯：王麗娜]

2015-06-17

2015-12-18

*通訊作者：1745982615@qq.com