FMR1基因與卵巢功能下降的相關性研究進展

唐瑞怡，郁琦

(中國醫(yī)學科學院北京協(xié)和醫(yī)學院，北京協(xié)和醫(yī)院婦產(chǎn)科 國家婦產(chǎn)疾病臨床研究中心,北京 100730)

脆性X智力障礙1號基因(fragile X mental retardation 1，F(xiàn)MR1)突變可導致嚴重智力障礙性疾病——脆性X綜合征(fragile X syndrome，F(xiàn)XS)，前突變女性可能生育FXS患兒，及早篩查發(fā)現(xiàn)FMR1基因前突變可避免出生缺陷的發(fā)生，因此有必要對高風險育齡期女性進行FMR1基因篩查。卵巢儲備功能下降是一個連續(xù)、漸進的過程，卵巢的卵泡逐漸耗竭最終發(fā)展至早發(fā)性卵巢功能不全(premature ovarian insufficiency，POI)。POI是指40歲前卵巢功能衰退，以閉經(jīng)、促性腺激素水平升高、雌激素水平波動性下降為典型征象[1]。POI的終末階段是卵巢早衰。研究表明，F(xiàn)MR1基因前突變與POI明確相關[2-3]，女性FMR1前突變攜帶者發(fā)生的POI可診斷為脆性X相關的POI(fragile-X-associated premature ovarian insufficiency，F(xiàn)XPOI)。近年已有中國人群中FXPOI發(fā)生率的報道，前突變在我國POI女性中的發(fā)生率是否高于健康人群還存在一定爭議[4]。有學者將女性生育力已下降、卵巢儲備已降低但尚未達到POI的階段稱為卵巢儲備功能減退(diminished ovarian reserve，DOR)，也稱隱匿性POI。Man等[5]提出，排除其他已知原因，攜帶FMR1前突變的女性，月經(jīng)尚規(guī)律、年齡<40歲的DOR可診斷為脆性X相關的卵巢儲備功能下降。DOR與FMR1的相關性目前仍存在爭議。另外，F(xiàn)MR1基因與整個卵巢功能衰退過程及相關評價指標的相關性以及該基因造成卵巢功能下降的機制也受到廣泛關注。現(xiàn)對FMR1基因與卵巢功能下降的相關性研究進展予以綜述。

1 FMR1基因及CGG重復序列

FMR1基因位于X染色體長臂(Xq27.3)，長38 kb，包含17個外顯子。FMR1基因上游5′端非編碼區(qū)存在一段CGG三核苷酸重復序列，在母胎遺傳中發(fā)生不穩(wěn)定的擴增，美國醫(yī)學與遺傳學會按照CGG重復擴增次數(shù)將其分為4類[6]：①正常，(CGG)n為5～44；②中間區(qū)又稱灰區(qū)，(CGG)n為45～54；③前突變，(CGG)n為55～199；④全突變，(CGG)n≥200。

FMR1基因表達產(chǎn)物脆性X智力障礙蛋白(fragile X mental retardation protein，F(xiàn)MRP)主要表達于大腦、卵巢和睪丸組織，在神經(jīng)突觸的形成和大腦發(fā)育中起關鍵作用。FMR1全突變導致FXS，發(fā)病率高達1/4 000，是遺傳性智力缺陷的常見原因，發(fā)生率僅次于唐氏綜合征[7]；患者表現(xiàn)為重度智力障礙，但生殖功能正常。全突變產(chǎn)生于前突變，前突變攜帶者的(CGG)n在母嬰遺傳的減數(shù)分裂過程中呈現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)，前突變攜帶者的下一代(CGG)n繼續(xù)增加，可出現(xiàn)全突變[8]。而中間區(qū)雖然相對穩(wěn)定，但部分攜帶者的下一代可能擴增為前突變，并在隨后的兩三代出現(xiàn)全突變[9]。前突變攜帶者無FXS表現(xiàn)，但其本身可能出現(xiàn)一些特殊的臨床癥狀，如脆性X相關震顫/共濟失調(diào)綜合征、FXPOI以及脆性X相關的卵巢儲備功能下降。

研究證實，(CGG)n的分布存在人種差異，西方國家的全突變率、前突變及中間型的攜帶率均顯著高于亞洲人群[10]，Genereux和Laird[11]將亞洲人群和非亞洲人群的FMR1 CGG重復分布情況進行對比發(fā)現(xiàn)，兩者的分布曲線相似，但亞洲人群的曲線左移，且(CGG)n≤25的比例更低[12]。美國的研究結果顯示，無智力障礙家族史的美國女性FMR1前突變攜帶率為1/382～1/113，中間型攜帶率為1/66[6]。以色列、芬蘭、西班牙、加拿大篩查得到的女性前突變攜帶率分別為1/157～1/73[13]、1/220～1/83[14]、1/251[15]、1/549～1/259[16]。然而，調(diào)查顯示亞洲女性的前突變攜帶率遠低于西方國家，日本一項研究篩查了370名女性，未發(fā)現(xiàn)前突變攜帶者[17]；韓國女性的攜帶率為1/781[18]，我國香港為1/1 325[19]，我國臺灣為1/1 955～1/579[20-21]。我國一項對北方育齡期女性調(diào)查的前突變攜帶率為1/410，其中有流產(chǎn)史的女性攜帶率相對更高(1/320)[22]。與西方人群FMR1基因CGG重復分布不同，亞洲人群往往在(CGG)n為36～38時形成一個二級峰[23]。

2 FMR1基因與卵巢功能下降性疾病

2.1FMR1基因與POI FMR1基因前突變與POI的相關性研究較多，有數(shù)據(jù)表明，F(xiàn)MR1前突變可顯著增加POI風險，20%～30%的女性FMR1前突變攜帶者出現(xiàn)FXPOI[5,24]。一項來自土耳其的研究顯示，攜帶有前突變的絕經(jīng)后女性中FXPOI高達43.6%[25]。POI患者中FMR1前突變攜帶者的比例也高于健康人群：一項納入18項研究共3 394例POI患者和8 461名對照的Meta分析顯示，POI與FMR1基因前突變顯著相關(OR=8.13，95%CI4.35～15.19，P<0.001)[26]。Tosh等[27]的Meta分析證實，與對照組相比，POI女性的前突變率顯著升高(OR=5.41，95%CI2.53～11.61，P<0.001)，但進一步將西方國家人群與亞洲人群進行亞組分析發(fā)現(xiàn)，在西方國家人群中兩者仍存在顯著相關性，但亞洲人群FMR1前突變可能不增加POI易感性。伊朗的一項病例對照研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)MR1基因CGG變化與伊朗女性POI無關[28]。因此，F(xiàn)MR1前突變是亞洲女性POI的病因尚存在爭議。

POI患者中FMR1前突變攜帶率存在人種差異。西方國家報道，散發(fā)性及家族性POI患者中FMR1前突變攜帶率分別為2%～6%和11%～14%，而對照組女性中前突變發(fā)生率約為0.4%[5,29]。中國女性POI患者前突變攜帶率低于西方國家，我國相關研究分別納入117、122、124和379例POI患者，前突變攜帶率分別為0.9%[4]、0.8%[30]、1.6%[23]和0.5%[31]；另有國內(nèi)研究納入70例POI患者，其中2例存在前突變[32]。綜上所述，中國POI患者前突變頻率約為0.99%(8/812)，低于西方國家，但仍高于我國健康育齡期女性。

CGG重復次數(shù)與FXPOI發(fā)生率有一定相關性，前突變攜帶者(CGG)n處于中等范圍(80～100)時FXPOI發(fā)生風險最高[33]；(CGG)n為55～99，發(fā)生風險隨著重復次數(shù)增加而升高，(CGG)n>100處于平臺期甚至開始下降[34]。端粒長度被認為是生物年齡的標記之一，研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)XPOI女性的端粒長度短于年齡匹配的健康女性，提示其可能“生理年齡更大”[35]。

中間區(qū)甚至正常范圍內(nèi)的(CGG)n與POI的相關性也是研究熱點，多數(shù)納入較大樣本量的研究認為(CGG)n與POI無關[26,36-37]。一項納入18項研究的Meta分析發(fā)現(xiàn)，中間區(qū)(CGG)n與POI無顯著相關性[26]。西班牙的一項大樣本研究納入了1 142例POI患者和1 385名對照，兩組中間區(qū)(CGG)n的發(fā)生率比較差異無統(tǒng)計學意義[9]。Bennett等[36]入組366例POI女性，發(fā)現(xiàn)FMR1 (CGG)n為35～54或41～59的發(fā)生率與對照人群比較差異無統(tǒng)計學意義。多項研究對數(shù)千名研究對象的FMR1基因進行分析均未發(fā)現(xiàn)正常高值及中間區(qū)的(CGG)n與POI及早絕經(jīng)(即40～45歲)的關聯(lián)，認為該范圍內(nèi)的(CGG)n與自然絕經(jīng)年齡無關[38-40]。對中國[4]和印度[27]POI患者的分析認為中間區(qū)(CGG)n與POI無關。然而有少數(shù)研究認為POI女性(CGG)n處于正常高值或中間區(qū)范圍的比例高于一般人群：一項意大利的研究納入190例POI患者及200例對照組，發(fā)現(xiàn)POI組(CGG)n為41～58的比例更高(OR=4.8，95%CI1.7～7.7，P=0.02)[41]；一項加拿大的研究納入53例POI女性與182例對照，發(fā)現(xiàn)POI組(CGG)n為35～54的比例更高(OR=2.4，95%CI1.2～5.9，P=0.01)[42]。

Gleicher等[43]定義了在同一個體中，F(xiàn)MR1的兩個等位基因(CGG)n相對少者為等位基因1，相對多者為等位基因2，兩者的異常均可能與卵巢功能下降相關。多數(shù)研究重點分析等位基因2與POI的關系，我國有學者關注了等位基因1，并認為等位基因1的(CGG)n<26或>28可能與POI風險增加有關[30]。

2.2FMR1基因與DOR 女性卵巢功能下降是一個連續(xù)的過程，患者在進展為POI前可能出現(xiàn)月經(jīng)不規(guī)律、生育力下降、激素水平波動等一系列DOR表現(xiàn)。一項Meta分析對前突變與DOR的相關研究進行總結，共納入975例DOR患者和1 749例對照，結果顯示前突變與DOR顯著相關(OR=14.87，95%CI5.20～42.52，P<0.001)；但中間區(qū)與DOR無明顯相關性(OR=0.98，95%CI0.65～1.47，P=0.93)[26]。

關于FMR1基因中間區(qū)及正常范圍的(CGG)n與DOR的關系尚無一致結論。部分研究認為兩者無相關性，Schufreider等[44]回顧性分析1 287例(CGG)n<54的不孕女性，其中DOR患者454例，認為(CGG)n與DOR無關；調(diào)整年齡及人種因素后，兩者之間仍無相關性。Pastore等[12]研究發(fā)現(xiàn)，高加索人DOR組FMR1基因等位基因1的(CGG)n小于對照組，但這種差異在亞洲人群中不明顯；而等位基因2在不同人種以及DOR組和對照組之間差異無統(tǒng)計學意義。Eslami等[37]研究認為，中間區(qū)(CGG)n不是POI和DOR的高危因素。

然而，部分研究認為DOR與FMR1基因一些特定范圍的CGG重復次數(shù)有關，兩項小樣本研究認為(CGG)n為35～44可能與DOR相關，DOR患者(CGG)n為35～44的比例高于對照組[45-46]。其中一項納入了65例DOR患者的研究發(fā)現(xiàn)14.5%的DOR患者(CGG)n為35～44，而564名對照女性中(CGG)n為35～44的比例僅為3.9%[45]；另一項法國的研究納入27例DOR女性，(CGG)n為35～44的比例為16.7%[46]。Barasoain等[47]研究發(fā)現(xiàn)，DOR組與對照組(CGG)n≥35的比例分別為13.6%和3.1%(P<0.05)。還有研究發(fā)現(xiàn)，(CGG)n<26[48-49]、<28[43]、45～54[50]以及>40[46]也可能與DOR有關。一項來自約旦的研究發(fā)現(xiàn)，DOR患者的CGG中位數(shù)小于健康對照組，且DOR組(CGG)n<26的比例是健康對照組的2倍[49]。

3 FMR1基因與卵巢儲備功能評價指標

早卵泡期促卵泡激素(follicle stimulating hormone，F(xiàn)SH)、竇卵泡計數(shù)(antral follicle count，AFC)以及抗米勒管激素(anti-Müllerian hormone，AMH)均是常用的評估卵巢儲備功能指標，這些生化指標在前突變攜帶者中可能呈現(xiàn)特異性變化，如AMH水平下降，早卵泡期FSH水平顯著高于年齡匹配的健康人群[34]。即使未診斷為POI，也有部分前突變攜帶者出現(xiàn)月經(jīng)紊亂、生育力下降以及潮熱癥狀等[51]。進一步分析發(fā)現(xiàn)，與(CGG)n<70和>90相比，(CGG)n為70～90者AMH和AFC最低[52]。

FMR1基因CGG處于正常及中間區(qū)范圍時與卵巢功能評價指標的相關性尚存在爭議，部分研究認為呈負相關，Gleicher等[53]納入40歲以下的不孕患者，發(fā)現(xiàn)(CGG)n為35～50者AMH水平低于(CGG)n<35的患者。一項韓國的研究選取(CGG)n<55的197例不育女性作為研究對象，發(fā)現(xiàn)35歲后患者的AMH隨著CGG重復次數(shù)的增加而下降[54]。Pastore等[55]觀察了79例DOR女性AMH的變化發(fā)現(xiàn)，與(CGG)n<35的患者相比，(CGG)n≥35者AMH隨年齡增長而顯著下降。然而，部分研究結果認為正常范圍及中間區(qū)的(CGG)n與卵巢儲備功能指標無相關性，Kline等[56]認為(CGG)n為35～54與FSH、AMH均無關。Schufreider等[44]對(CGG)n為35～54的1 287例不孕女性進行分析，調(diào)整年齡因素后發(fā)現(xiàn)，(CGG)n與FSH、AMH以及AFC均無相關性；但年齡>44歲的患者(CGG)n增加與AMH下降相關。Batiha等[49]和De Geyter等[57]研究發(fā)現(xiàn)，(CGG)n與卵巢儲備的評估參數(shù)FSH、AMH、AFC、抑制素B均無相關性。

體外受精胚胎移植的成功率與女性卵巢儲備有一定相關性，F(xiàn)MR1基因可能通過影響卵巢儲備功能間接影響體外受精的結局。有研究發(fā)現(xiàn)，全突變女性的卵巢反應正常，而前突變攜帶者的獲卵數(shù)及雌激素水平均較低，但目前還未發(fā)現(xiàn)(CGG)n與卵巢反應之間的確切關系[58]。一項Meta分析顯示，前突變攜帶者的體外受精獲卵率下降，但正常范圍的(CGG)n(<45)與體外受精妊娠率無關[59]。

4 FMR1前突變造成卵巢功能下降的機制

FMR1前突變造成FXPOI已有一些機制方面的研究[60]，目前認為與脆性X相關震顫/共濟失調(diào)綜合征機制相似，主要與mRNA毒性有關：前突變攜帶者FMRP水平正?；蛏杂邢陆担獸MR1 mRNA表達水平升高，是正常情況下的2～8倍[61]。高濃度mRNA干擾卵泡發(fā)育，對顆粒細胞呈現(xiàn)毒性作用，造成細胞損傷甚至死亡，加速卵泡閉鎖和凋亡[62]。線粒體功能障礙可能也參與該過程，Conca Dioguardi等[63]研究發(fā)現(xiàn)，前突變小鼠模型線粒體功能異常；線粒體功能異?？蛇M一步造成碳水化合物、氨基酸及其衍生物、生物胺、脂肪酸等的代謝變化[64]。研究發(fā)現(xiàn)，不同(CGG)n不僅影響RNA水平，還可能影響不同RNA亞型的比例，從而調(diào)節(jié)FMRP的轉錄和(或)亞細胞定位，影響酶活性及激素受體，最終影響卵巢功能[65]。

研究表明，哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin,mTOR)信號通路與FXPOI有關，前突變動物模型表現(xiàn)出mTOR蛋白表達水平升高但磷酸化的mTOR水平下降[66]，低表達和高表達的mTOR均可能造成卵巢功能紊亂[67]。研究表明，人類顆粒細胞模型系統(tǒng)中，F(xiàn)MR1/FMRP的表達調(diào)控與蛋白激酶B/mTOR信號通路之間存在潛在調(diào)控關系[68]。

另一種可能的機制與含多聚甘氨酸蛋白的生成相關。Todd等[69]研究發(fā)現(xiàn)CGG重復觸發(fā)了一種含多聚甘氨酸蛋白FMRpolyG的重復相關的非起始密碼子啟動翻譯。在果蠅、細胞培養(yǎng)、小鼠模型和脆性X相關震顫/共濟失調(diào)綜合征患者的大腦中，F(xiàn)MRpolyG積累在泛素化陽性包涵體中，前突變女性攜帶者的卵巢間質細胞及壁顆粒細胞中也發(fā)現(xiàn)了包涵體[70-71]。

還有研究關注了長鏈非編碼RNA(long non-coding RNA，lncRNA)在該過程中的作用。有學者發(fā)現(xiàn)了新的lncRNA，即FMR4、FMR5和FMR6，靶向FMR1基因位點[72-73]。FMR4表達與FMR1相似，在FXS患者的腦組織中下調(diào)，在前突變攜帶者中上調(diào)；FMR6調(diào)節(jié)FMR1信使RNA的穩(wěn)定性、剪切、亞細胞定位和翻譯效率[72]。Elizur等[74]研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)MR1信使RNA和FMR6 lncRNA在前突變攜帶者的顆粒細胞中呈非線性升高，在(CGG)為80～120時最高，認為FXPOI的發(fā)生與FMR1信使RNA和FMR6 lncRNA的升高相關。此外，基因的動態(tài)表達和組蛋白修飾在FMR1基因調(diào)控中也發(fā)揮作用，提示表觀遺傳調(diào)控可能影響卵巢功能[75]。

5 小 結

FMR1基因(CGG)n與卵巢功能的相關性是近年來的研究熱點，相關研究主要集中于西方人群，其結果均支持FMR1前突變顯著增加POI的發(fā)病率。美國婦產(chǎn)科學會指南推薦對有不明原因智力障礙、FXS家族史、POI家族史的女性或不明原因的40歲前出現(xiàn)卵巢功能衰退的女性患者篩查FMR1基因[76]。FMR1基因(CGG)n及卵巢衰老過程均存在明顯的人種差異，研究發(fā)現(xiàn)我國女性前突變發(fā)生率低于西方國家，但我國POI女性中前突變攜帶率仍高于健康女性。FMR1基因與DOR的關系尚未得出一致結論。

考慮到脆性X相關性疾病的危害性，產(chǎn)前篩查是防止FXS患兒出生的主要手段，即使前突變在卵巢功能衰退的女性中發(fā)生率較低，但仍高于正常人群。由于FMR1檢測對遺傳咨詢、產(chǎn)前診斷和降低出生缺陷有重要意義，有必要對中國卵巢功能衰退的女性開展篩查，對前突變女性予以生育指導，可考慮盡快完成生育計劃或采用保留生育功能的措施。