女性先天性促性腺激素性性腺功能減退癥相關(guān)基因研究的新進(jìn)展

牛靜 陳士嶺

一、先天性促性腺激素性性腺功能減退癥

先天性促性腺激素性性腺功能減退癥（congenital hypogonadotropic hypogonadism， CHH）是少見的生殖內(nèi)分泌疾病，發(fā)生率1～10/100 000，男性患病率是女性的5倍左右［1］。女性CHH 的主要特征是：原發(fā)性閉經(jīng)，第二性征缺如，嗅覺減退或喪失，但女性內(nèi)生殖器分化正常。Kallmann 綜合征（Kallmann syndrome，KS）：為嗅覺缺失或減退的CHH，占50%～60%；而嗅覺正常的CHH，稱為nCHH（normnsmic CHH）。CHH 病因不清，目前認(rèn)為是一種臨床和遺傳異質(zhì)性疾病，可為單基因或多基因突變所致。部分表現(xiàn)為家族遺傳性，部分為散發(fā)性。已報道的家族性遺傳模式：X連鎖隱性、常染色體顯性或常染色體隱性的遺傳模式［2］。

二、先天性促性腺激素性性腺功能減退癥的相關(guān)基因

研究顯示下丘腦促性腺激素釋放激素（gonadotropin-releasing hormone，GnRH）功能異常或脈沖釋放異常導(dǎo)致下丘腦垂體性腺軸功能低下是CHH 可能的發(fā)生機(jī)制。在胚胎發(fā)育期間，GnRH 神經(jīng)元來源于鼻基板，與嗅覺神經(jīng)元來源相同。嗅神經(jīng)元軸突在正常情況下經(jīng)過篩板和腦膜到達(dá)嗅球，GnRH 神經(jīng)元則沿嗅神經(jīng)穿過嗅球到達(dá)下丘腦。GnRH 神經(jīng)向嗅球移行可分為兩個時期，一是在嗅球形成之前，另一波遷移與嗅球形成有關(guān)。KS 通常是由于胚胎時期GnRH 神經(jīng)元發(fā)育不良或遷移中斷所致，同時，調(diào)節(jié)GnRH 神經(jīng)元和嗅覺神經(jīng)元遷移過程的基因發(fā)生突變也可能導(dǎo)致KS。KS 通常伴有先天性發(fā)育異常，如腭裂、單側(cè)腎發(fā)育不全、手腳裂、短掌骨、耳聾和鏡像運動（同步運動障礙）。而nCHH 的表型呈現(xiàn)多樣化，主要是下丘腦位置正常的GnRH 神經(jīng)元的功能障礙引起GnRH 的合成、分泌及功能異常所致，一般不伴有先天性發(fā)育異常［2-3］。

隨著全外顯子組及基因組測序技術(shù)的的廣泛開展，更多的致病基因被檢出，目前已被證實的致病基因超過50 個，目前與CHH 相關(guān)的基因列表見表1。

表1 CHH的相關(guān)基因

1.與Kallmann 綜合征相關(guān)的基因

在KS 患者中，據(jù)報道存在X 連鎖隱性遺傳、常染色體顯性遺傳（AD）和常染色體隱性遺傳（AR）的遺傳模式。然而，KS常常是散發(fā)性的；即使是家族性的，在受影響的家族成員中，相同基因變異所導(dǎo)致的臨床表型也是有差別的。因此，根據(jù)某些相關(guān)臨床特征篩選出特定的基因變得極為重要。如運動發(fā)育障礙（KAL1）、牙齒發(fā)育不全（FGF8/FGFR1）、指骨異常（FGF8/FGFR1）和聽力受損（CHD7、SOX10）。

（1）ANOS1（KAL1）

ANOS1基因，也被稱為Kallmann syndrome 1（KAL1）基因，是第一個被發(fā)現(xiàn)與KS 相關(guān)的基因，具有X連鎖隱性遺傳模式。ANOS1位于Xp22.31號染色體上，由14個外顯子組成，編碼一種含有680個氨基酸的細(xì)胞外粘附蛋白，即嗅因子（Anosmin-1），通過硫酸肝素蛋白聚糖（HSPG）與細(xì)胞膜結(jié)合。ANOS1基因?qū)π嵊X神經(jīng)元和GnRH 從鼻基板向軸突引導(dǎo)和遷移至關(guān)重要。在KS 患者中ANOS1基因突變的發(fā)生率為10%～20%，Gon?alves CI的研究也發(fā)現(xiàn)了新的剪接受體突變位點（c.542-1G＞C）［4-5］。與此基因相關(guān)的臨床癥狀包括運動發(fā)育障礙和單側(cè)腎功能發(fā)育不全，在KS 患者中的發(fā)生率分別為75%及30%［6］。

（2）FGFR1、FGF8及其相關(guān)基因（FGF17、IL17RD、DUSP6、SPRY4、FLRT3、KLB）

纖維細(xì)胞生長因子受體1（FGFR1）是受體的酪氨酸激酶超級家族的一員。在胚胎發(fā)育過程中，ANOS1 與FGFR1 共同位于嗅球，F(xiàn)GFR1 需要ANOS1和HSPG作為共同受體。Gach A 等研究發(fā)現(xiàn)ANOS1在FGFR1信號通路中發(fā)揮重要作用；FGFR1功能障礙會引起嚴(yán)重的生殖異常，可引起嚴(yán)重的常染色體顯性遺傳方式的KS、nCHH以及青春期發(fā)育延遲［7］。約10%的KS 患者伴有FGFR1的失活突變［8］。Raivio T 等研究顯示在134 例nCHH 患者中，有7%檢測到FGFR1的功能缺失突變，這也表明FGFR1應(yīng)該是nCHH患者的主要篩查基因［9］。

FGF8 是FGFR1 的配體，也與GnRH 神經(jīng)元的遷移有關(guān)。在388 例CHH 患者中進(jìn)一步篩選FGF8相關(guān)基因，發(fā)現(xiàn)FGF17、IL17RD、DUSP6、SPRY4和FLRT3存在失活變異［10］，而這5個基因均為FGF8超級家族的成員。

（3）PROK2和PROKR2基因

PROK2基因編碼一個G 蛋白偶聯(lián)受體（PKR2）。PROK2-/-小鼠的GnRH神經(jīng)元，表現(xiàn)出嗅球發(fā)育不全，低促性腺激素性性腺功能減退。Abreu AP等在KS 患者中檢測到PROKR2或PROK2的失活變異，大多數(shù)是雜合突變，也存在純合突變和復(fù)合雜合突變。在nCHH中也發(fā)現(xiàn)此基因突變。PROK2或PROKR2突變的患者的表型存在較大的異質(zhì)性，已發(fā)現(xiàn)多種伴隨的臨床特征，包括纖維發(fā)育不良、運動障礙和癲癇，PROKR2和PROK2突變的CHH 患者常合并其他基因突變［11］。

（4）CHD7

CHD7基因編碼染色質(zhì)域-解螺旋酶-DNA 結(jié)合蛋白，在嗅球和GnRH 神經(jīng)元的發(fā)育上起著一定的作用。2008年Kim H首先報道了與KS相關(guān)的CHD7基因的雜合突變；目前報道的CHD7的基因突變約占CHH 病例的7%，而在合并有耳聾的KS 患者中，其突變率高達(dá)40%。對197 例CHH 患者進(jìn)行了CHD7的篩查，在3 例KS 和4 例nCHH 患者中發(fā)現(xiàn)了CHD7突變［12］。Jongmans MC等學(xué)者發(fā)現(xiàn)56例KS/nCHH患者中有3例發(fā)生了CHD7突變［13］。

（5）SEMA3A及SEMA3E

SEMA3A編碼軸突導(dǎo)向因子3A是一種與神經(jīng)纖毛蛋白相互作用的蛋白質(zhì)。缺乏軸突導(dǎo)向因子3A表達(dá)的小鼠已被證明具有KS 綜合征表型。對大量的KS 患者進(jìn)行篩查，發(fā)現(xiàn)了多種單等位基因突變，其中一些突變與其他導(dǎo)致KS 的基因突變共存［14］。有研究對50 例KS/nCHH 進(jìn)行基因檢測，在3 例KS 患者中發(fā)現(xiàn)SEMA3A和SEMA7A的雜合錯義突變，其中2 例合并FGFR1突變；在1 例男性nCHH患者中發(fā)現(xiàn)2個罕見的SEMA7A雜合突變，以及KISS1R無義突變［15］。

軸突導(dǎo)向因子3E（SEMA3E）是一種調(diào)節(jié)軸突生長的分泌蛋白。有研究在兩個患有KS 的兄弟中檢測出SEMA3E的錯義突變。功能研究表明，SEMA3E 可能作為下丘腦GnRH 神經(jīng)元成熟過程中的營養(yǎng)因子［16］。

（6）SOX10

敲除了SOX10的小鼠表現(xiàn)出嗅覺神經(jīng)通路上的嗅覺鞘細(xì)胞缺失。SOX10的失活突變會導(dǎo)致Waardenburg 綜合征，這是一種罕見的以色素沉著異常和聽力障礙為特征的疾病。研究顯示近1/3 合并耳聾的KS患者可檢測到SOX10的失活突變［17］。

（7）IGSF10

IGSF10 是免疫球蛋白超家族的成員。IGSF10基因敲除研究顯示，GN11細(xì)胞系中GnRH神經(jīng)元的的遷移減少。盡管GnRH 神經(jīng)元的遷移受損，但攜帶IGSF10突變的患者仍有正常的嗅覺。下丘腦神經(jīng)元數(shù)量減少或延遲到達(dá)導(dǎo)致較輕的GnRH 神經(jīng)元功能缺陷，多引起青春期延遲、非永久性的CHH［18］。

2.與nCHH相關(guān)的基因

與KS 相比，篩選nCHH 的致病基因與HPG 軸和青春期的功能更相關(guān)。在一項對22個nCHH家族的研究中，發(fā)現(xiàn)GNRHR、TACR3、TAC3、KISS1R和KISS1這5 個基因在77%的患者中發(fā)生突變。其中GNRHR和TACR3是最常見的基因突變［2］。

（1）GNRH1和GNRHR

GNRH1和GNRHR是CHH 病因?qū)W中最明確的候選基因。GNRH受體（GNRHR）是一種由328個氨基酸構(gòu)成的G 蛋白偶聯(lián)受體。GNRHR基因突變是CHH患者中確定的第一個基因突變，占常染色體隱性遺傳模式的nCHH患者的40%～50%，約占散發(fā)性nCHH的17%；目前發(fā)現(xiàn)的GNRHR基因突變位點包括p.R139H p.Gln106Arg，p.Val134Gly，p.Arg139Cys，p.Arg262Gln 及p.Tyr283His 等。一項對110 名nCHH患者的研究中，11名患者（10%）攜帶雙等位基因GNRHR［19-20］。2019年的一項研究中首次報道了家族性nCHH患者攜帶GNRHR純合無義突變［21］。而早在2009 年已有研究首次報道了GNRH1的失活純合突變可引起nCHH［22］。到目前為止，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了超過25 種不同的GNRHR突變。有研究報道，經(jīng)過激素替代治療，一例攜帶GNRHR純合突變的CHH 患者的表型發(fā)生了逆轉(zhuǎn)，這可能提示此突變僅引起部分GNRH 功能缺失，激素治療可能改善基因異常引起的功能障礙［19］。

（2）KISS1和KISS1R

Kisspeptin 神經(jīng)元位于大腦的視前區(qū)和人下丘腦的漏斗核，對HPO 軸的作用主要表現(xiàn)為促進(jìn)GNRH 的分泌，進(jìn)而促進(jìn)促性腺激素的合成和分泌。它由基因KISS1編碼；Kisspeptin 是G蛋白偶聯(lián)受體54（GPR54）的配體，因此GPR54 也被稱為KISS1R［23］。GnRH神經(jīng)元內(nèi)有KISS1mRNA和KISSRmRNA 的表達(dá)，其表面可見Kisspeptin 受體的表達(dá)。Kisspeptin 脈沖性釋放節(jié)律與GNRH 脈沖式分泌基本同步。注射Kisspeptin后，GnRH神經(jīng)元胞體內(nèi)的GnRHmRNA 表達(dá)增多［24］。2003 年首次報道了在家族性CHH患者發(fā)現(xiàn)了KISS1R基因突變，KISS1或KISS1R基因敲除小鼠均表現(xiàn)出類似CHH 的表型。攜帶KISS1和KISS1R失活的突變可能表現(xiàn)出CHH和青春期延遲的癥狀。目前，已經(jīng)報道了超過30種的KISSR的基因突變，這些突變可表現(xiàn)出不同的臨床特征，如青春期發(fā)育不全、不孕、伴有小陰莖及隱睪癥的男性性腺功能減退癥［25］。

（3）TAC3和TACR3

Neurokinin B（NKB）是速激肽家族的成員，由速激肽3 基因（Tachykinin3，TAC3） 基因編碼。NKB神經(jīng)元主要分布于下丘腦弓狀核以及下丘腦前區(qū)，它通過GnRH 神經(jīng)元刺激LH 的分泌。在4 個nCHH家族的9例患者中發(fā)現(xiàn)了TAC3或TACR3編碼序列的純合子非同義突變［26］。Gianetti 等在345例中發(fā)現(xiàn)了19 例（5.5%）的TAC3或TACR3突變［27］。研究發(fā)現(xiàn)在經(jīng)過外源性激素的治療后，10%的nCHH患者會出現(xiàn)臨床癥狀的逆轉(zhuǎn)［28］。2018 年Topalo?lu A K等學(xué)者的研究顯示：16例不同家族及種族的患者中有3例于治療后出現(xiàn)臨床恢復(fù)，而這些患者均攜帶相同的TAC3或TACR3突變［2］，這也為研究CHH基因突變與表型的關(guān)系提供了線索。

（4）LEP和LEPR

CHH 與編碼瘦素（LEP） 或編碼瘦素受體（LEPR）的基因突變引起瘦素缺失有關(guān)。在LEP 缺陷患者中使用瘦素可以恢復(fù)正常的青春期發(fā)育，但不會導(dǎo)致青春期前兒童提前進(jìn)入青春期，這提示瘦素是人類青春期發(fā)育的重要因素。在CHH 患者中發(fā)現(xiàn)LEP及LEPR的失活突變，這些突變在nCHH患者中呈常染色體隱性遺傳［29］。

（5）CCDC141

CCDC141編碼一個在GnRH 神經(jīng)元中表達(dá)的包含卷曲螺旋域的蛋白。已有報道在四個獨立的CHH家族病例中檢測到CCDC141的失活變異，而攜帶這種變異的患者的嗅覺功能正常，嗅球位置正常，這也證實CCDC141的失活變異會引起nCHH。在動物模型中，CCDC141的敲除導(dǎo)致胚胎GnRH神經(jīng)元遷移減少，而并不影響嗅覺軸突的生長［30］。

隨著基因測序技術(shù)的發(fā)展，越來越多CHH 相關(guān)的致病基因被發(fā)現(xiàn)。CHH相關(guān)基因的研究為靶向診斷分子遺傳學(xué)研究提供了基礎(chǔ)，且有可能轉(zhuǎn)化為新的治療方式。