女性不育癥的基因遺傳學(xué)研究進(jìn)展

張夢莉，劉露，覃春容

不孕不育是一種復(fù)雜的、多因素導(dǎo)致的疾病，已知通過染色體核型分析診斷出的多種染色體畸變與女性不育癥有關(guān)，最近還發(fā)現(xiàn)了單基因變異與女性不育癥的關(guān)系。本文就對影響性腺發(fā)育、卵母細(xì)胞發(fā)育和成熟、胚胎發(fā)生等過程中的單基因遺傳學(xué)研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，以期為女性不孕不育的診治提供參考和借鑒。

1 XY性腺發(fā)育不全

46，XY性腺發(fā)育不全又稱為Swyer綜合征，可分為完全型和部分型，部分型患者可能具有少量管狀結(jié)構(gòu)或纖維組織，也可能表現(xiàn)為條索狀性腺，而完全型患者為完全的女性表型，沒有性腺發(fā)育。XY性腺發(fā)育不全最顯著的臨床表現(xiàn)是生殖器不確定和尿道下裂，在過去的幾年中，研究者們發(fā)現(xiàn)了大量基因參與了人類的性別決定，46，XY性腺發(fā)育不全主要與參與性別決定過程中的基因突變有關(guān)，例如NR5A1，MAP3K1，GATA4，F(xiàn)OG2基因突變[1]。類固醇生成因子1(steroidogenic factor 1，NAR5A1/SF1)是一些與性腺發(fā)育和生殖有關(guān)的基因的核受體和轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子，參與調(diào)節(jié)與男性性別決定和分化有關(guān)的SRY-box轉(zhuǎn)錄因子9(SRY-box transcription factor 9，SOX9)和抗苗勒管激素(anti-Müllerian hormone，AMH)基因的表達(dá)，并參與控制類固醇生成所需的各種酶的表達(dá)，最終導(dǎo)致男性性腺發(fā)育[2-3]。Sudhakar等[4]報道了NR5A1基因的三個致病性突變導(dǎo)致46，XY性腺發(fā)育不全：p.Gly22Ser、p.Ser143Asn和p.Ser32Asn，其中前兩種基因突變?yōu)樾掳l(fā)現(xiàn)的致病性突變。p.Gly22Ser和p.Ser32Asn突變由于會影響NR5A1蛋白N端DNA結(jié)合域中的關(guān)鍵位置，可顯著影響蛋白質(zhì)與目標(biāo)DNA結(jié)合和轉(zhuǎn)錄激活能力；p.Ser143Asn突變不影響蛋白質(zhì)與DNA結(jié)合能力，但可導(dǎo)致基因轉(zhuǎn)錄激活的能力明顯下降，這個發(fā)現(xiàn)將有助于提高46，XY性腺發(fā)育不全患者的診斷和管理。最近，Laan等[5]又發(fā)現(xiàn)了NR5A1基因的一個新突變：c.991-1g>c 剪接位點(diǎn)變異，該突變會引起家族性46，XY部分性腺發(fā)育不全伴不完全外顯，這一新發(fā)現(xiàn)將有助于家族中沒有顯現(xiàn)性腺發(fā)育不全表型的攜帶者作出更好的生殖決策。SRY基因一直被認(rèn)為是男性性別分化和性腺發(fā)育途徑中的關(guān)鍵基因，約有15%的46，XY性發(fā)育障礙患者是由于SRY基因突變，Raveendran等[6]報道了在SRY基因的HMG結(jié)構(gòu)域中發(fā)現(xiàn)了一個新的錯義突變c.266 A>T(p.E89V)，突變導(dǎo)致氨基酸密碼子的轉(zhuǎn)換——高親水性谷氨酸殘基被類似纈氨酸的疏水性殘基替代，最終導(dǎo)致46，XY完全型性腺發(fā)育不全。最近，Mcelreavey等[7]從13例46，XY性腺發(fā)育不全兒童中，發(fā)現(xiàn)了核糖體生物合成所必需的DEAH-box RNA解旋酶DHX37致病性變異，該變異是46，XY性腺發(fā)育不全的一個新的常見病因，這提示了46，XY性腺發(fā)育不全也可能是一種核糖體病。

2 卵巢早衰

卵巢早衰(premature ovarian failure，POF)是指女性在40歲之前出現(xiàn)卵巢功能衰竭，以低雌激素所導(dǎo)致的閉經(jīng)、不孕、高促性腺激素以及隨之而來的更年期相關(guān)癥狀，如潮熱、盜汗和陰道干澀為特征，又稱為早發(fā)性卵巢功能不全(primary ovarian insufficiency，POI)。先前就有研究者發(fā)現(xiàn)在患有POF的高加索人、印度人和中國婦女中有1.5%～15%的患者存在BMP15基因突變，并推測其可能在POF中起決定性作用[8]；隨后馮念等[9]的研究表明，BMP15可能通過與TBP2相互協(xié)同作用調(diào)控自身免疫性POF發(fā)病過程，最近Rossetti等[10]發(fā)現(xiàn)BMP15缺失突變僅在純合狀態(tài)下引起POI，而雜合子BMP15錯義突變可能通過干擾卵磷脂活性影響卵巢功能。新生卵巢同源盒基因(newborn ovary homeobox gene，NOBOX)是卵母細(xì)胞特異性同源盒基因，其編碼的蛋白質(zhì)表達(dá)于生殖細(xì)胞和原始卵母細(xì)胞中,通過同源結(jié)構(gòu)域和CG蛋白區(qū)域直接調(diào)節(jié)卵母細(xì)胞關(guān)鍵特異性因子，在早期卵泡發(fā)生中起重要作用[11]。Franca等[12]首次發(fā)現(xiàn)了一個純合c.1489delT NOBOX突變，該突變符合常染色體隱性遺傳，揭示了NOBOX導(dǎo)致POI的新遺傳方式，有利于提高對該疾病的遺傳診斷。隨后，研究者陸續(xù)發(fā)現(xiàn)FIGLA的雙等位基因突變[13]、EIF4ENIF中c.2525A>C;p.Q842P突變[14]與POI有關(guān)，這些發(fā)現(xiàn)提供了關(guān)于POI遺傳學(xué)的新信息，可用于POI的遺傳咨詢。最近，有研究者在DMC1基因中發(fā)現(xiàn)了一個新的錯義突變純合子：NM_007068.3:c.106G>a,p.Asp36Asn，并證實該突變可能通過使減數(shù)分裂停止導(dǎo)致女性POF，而具體的病理機(jī)制尚不清楚[15]，還需要進(jìn)一步探究。

3 空卵泡綜合征

空卵泡綜合征(empty follicle syndrome，EFS)是指在進(jìn)行輔助生殖過程中，不能從成熟卵泡中獲取卵子的一種生殖障礙性疾病。EFS可分為真性空卵泡綜合征(genuine EFS，gEFS)和假性空卵泡綜合征(false EFS，fEFS)，fEFS主要與藥物、醫(yī)源性有關(guān)。至今，國際上報道了LHCGR基因、ZP基因突變與gEFS有關(guān)。其中，LHCGR基因的純合無義突變，將會導(dǎo)致終止密碼提前形成[16]；ZP基因變異可能通過破壞透明帶組裝，使卵母細(xì)胞與卵丘細(xì)胞之間的通訊通路受到干擾，從而導(dǎo)致EFS，并有研究者推測 ZP 基因突變可能是導(dǎo)致gEFS的主要病因[17]。Cao等[18]報道了ZP3的雜合子突變(c.400G>a)導(dǎo)致透明帶形成障礙，ZP3的 A134T 突變氨基酸阻礙了 ZP3和 ZP2之間的相互作用，破壞了 ZP 蛋白的組裝，導(dǎo)致EFS 。最新研究發(fā)現(xiàn)ZP3中新的雜合子 S173C 突變，導(dǎo)致 ZP3和 ZP2之間的相互作用減少，從而可能影響透明帶纖維網(wǎng)絡(luò)的形成，導(dǎo)致女性不孕癥[19]。這些研究的發(fā)現(xiàn)擴(kuò)展了與EFS有關(guān)的基因譜，將有助于精確診斷這方面的女性不孕癥。

4 卵母細(xì)胞成熟障礙

一直以來，對于影響卵母細(xì)胞成熟的遺傳學(xué)因素都是未知的，直到最近幾年才發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致卵母細(xì)胞成熟缺陷的致病性遺傳變異，尤其是微管蛋白β8基因(Tubulin Beta8，TUBB8)的雜合突變會影響減數(shù)分裂紡錘體的組裝，并導(dǎo)致卵母細(xì)胞成熟缺陷[20]，隨后研究者們陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了TUBB8基因的多個致病位點(diǎn)，包括:錯義突變、無義突變、移碼突變等[20-23]。最近有研究者發(fā)現(xiàn)了PATL2基因兩個新的純合錯義突變(P510T和S459Y)，這將導(dǎo)致患者卵母細(xì)胞成熟停滯、形態(tài)異常和表型變異[24]。他們推測PATL2中的S459Y和P510T突變(與I318T類似)可能通過降低蛋白質(zhì)穩(wěn)定性導(dǎo)致PATL2蛋白降解，導(dǎo)致PATL2蛋白表達(dá)水平降低，最終導(dǎo)致卵母細(xì)胞成熟受阻[25]。TRIP13基因編碼腺苷酸三磷酸酶，是紡錘體組裝檢查點(diǎn)的重要組成部分，研究發(fā)現(xiàn)TRIP13中的純合和復(fù)合雜合錯義突變可導(dǎo)致卵母細(xì)胞成熟阻滯和異常的合子分裂，且突變對有絲分裂沒有影響。研究者將TRIP13 cRNA注射到患者的卵母細(xì)胞中，可以挽救這種突變，說明該方法可能有助于疾病的治療[26]。Zhao等[27]通過對5個不育個體的研究，發(fā)現(xiàn)了雙等位基因CDC20突變(c.683A>G，p.Tyr228Cys和c.1316T>G，p.Leu439Arg)與卵母細(xì)胞成熟的相關(guān)性，并探索了直接注射CDC20 cRNA可有效改善卵母細(xì)胞成熟，指導(dǎo)了CDC20基因突變患者的治療。

5 早期胚胎停育

早期胚胎發(fā)育停滯是導(dǎo)致女性不育的主要原因之一。目前對于引起該病的遺傳學(xué)因素尚在研究當(dāng)中。Alazami等[28]首先報道了TLE6突變可以通過影響TLE6磷酸化導(dǎo)致人類胚胎早期卵裂階段的死亡，而磷酸化在pka介導(dǎo)的卵母細(xì)胞減數(shù)分裂第二次分裂的進(jìn)程中是至關(guān)重要的。Wang等[29-31]首次在KHDC3L中鑒定了一個新的純合子c.44delA(p.Q15Rfs*25),發(fā)現(xiàn)該患者在經(jīng)歷卵胞漿內(nèi)精子注射(intracytoplasmic sperm injection，ICSI)后的胚胎能正常受精，但在桑椹期停止發(fā)育，這與先前對NLRP7突變患者的研究一致。從NLRP7或KHDC3L突變患者的胚胎中獲得的類似結(jié)果，以及它們編碼的蛋白質(zhì)在卵母細(xì)胞和胚胎中的作用，表明NLRP7和KHDC3L蛋白可能在胚胎發(fā)育中發(fā)揮相似的功能[31]，該研究的發(fā)現(xiàn)擴(kuò)寬了不育癥患者的病因?qū)W診斷。隨后Wang等又在減數(shù)分裂基因REC114中發(fā)現(xiàn)了一個新的純合錯義突變(c.397T>g，p.c133g)和一個新的純合子供體剪接位點(diǎn)突變(c.546+5 g>a)。REC114參與了雙鏈斷裂，雙鏈斷裂引發(fā)同源染色體重組。他們的研究證明剪接位點(diǎn)突變影響了REC114的正常選擇性剪接，而錯義突變在體外降低了REC114的蛋白水平，導(dǎo)致其保護(hù)伴侶蛋白MEI4免受降解的功能喪失，進(jìn)而導(dǎo)致了早期胚胎停止[32]。Yao等[33]報道了PADI6突變可以通過干擾合子基因組激活過程(zygote genome activation,ZGA)導(dǎo)致早期胚胎停育。Mu等[34]報道了NLPR2和NLRP5的雙等位基因突變，前者在體外損害了NLRP2蛋白的穩(wěn)定性，后者的突變也損害了Hela細(xì)胞以及卵母細(xì)胞和胚胎中NLRP5蛋白的穩(wěn)定性，進(jìn)而導(dǎo)致早期胚胎發(fā)育停止。最近，Xu Y等[35]又在NLRP5中發(fā)現(xiàn)了一個新的純合子變異c.1061C>t(p.Pro354Leu)，是與人類早期胚胎停止有關(guān)的雙等位基因NLRP5突變的第二份報告，進(jìn)一步證實了NLRP5基因突變在早期胚胎停育中的作用，擴(kuò)大了NLRP5中已知致病基因突變的范圍。

6 復(fù)發(fā)性流產(chǎn)

復(fù)發(fā)性流產(chǎn)為孕早期連續(xù)2次或以上的流產(chǎn)，其影響到1%～5%的育齡婦女，主要與以下因素有關(guān)：父母或胚胎的染色體異常、血栓形成狀態(tài)、子宮的結(jié)構(gòu)異常、內(nèi)分泌功能障礙、感染、免疫學(xué)因素、微量元素、精液質(zhì)量、環(huán)境因素及不良衛(wèi)生生活習(xí)慣等。盡管人類不育癥在臨床和生化診斷方面已取得進(jìn)展，據(jù)估計仍有35%～60%的病例被認(rèn)為是特發(fā)性的，表明了遺傳因素可能是導(dǎo)致復(fù)發(fā)性流產(chǎn)的原因之一[36]。

李靜等[37]通過對復(fù)發(fā)性流產(chǎn)患者絨毛組織中DNA甲基化水平的測定，發(fā)現(xiàn)DNMT1、DNMT3b的表達(dá)水平下調(diào)，TET1、TET2的表達(dá)水平上調(diào)，導(dǎo)致胎兒絨毛組織甲基化水平降低，進(jìn)而導(dǎo)致流產(chǎn)。Gao等[38]的研究發(fā)現(xiàn)，在復(fù)發(fā)性流產(chǎn)患者中，NLRP3炎性小體介導(dǎo)的異常炎癥反應(yīng)可能降低滋養(yǎng)層細(xì)胞活性，從而導(dǎo)致早期胚胎植入失敗，因LMWH可顯著抑制此過程而有望成為復(fù)發(fā)性流產(chǎn)的重要治療手段[38]。鐘興明等[39]在多囊卵巢綜合征患者中發(fā)現(xiàn)了lncRNA H19 rs7103849位點(diǎn)G基因的頻率分布增加，進(jìn)而推測H19基因多態(tài)性可能與復(fù)發(fā)性流產(chǎn)有關(guān)。Liu等[40]通過檢測復(fù)發(fā)性流產(chǎn)患者的血清維生素D(Vitamin D，VD)含量和部分細(xì)胞因子，發(fā)現(xiàn)CYP2R1 rs12794714 AG基因型與VD水平呈顯著相關(guān)，VD通過降低某些Th1細(xì)胞因子的水平和增加某些Th2細(xì)胞因子的水平來調(diào)節(jié)免疫功能，從而影響懷孕。結(jié)果表明CYP2R1可能是復(fù)發(fā)性流產(chǎn)的危險因素。所以早期篩查孕婦CYP2R1 rs12794714，以保證盡早干預(yù)復(fù)發(fā)性流產(chǎn)的發(fā)生。最近有研究者在復(fù)發(fā)性流產(chǎn)患者中，鑒定了KHDC3L(c.322_325delGACT)的致病變異。KHDC3L是通過結(jié)合多聚腺苷二磷酸核糖聚合酶1(PARP1)激活的，最近發(fā)現(xiàn)KHDC3L還通過同源重組介導(dǎo)的DNA損傷后修復(fù)功能介入DNA損傷部位。因此，KHDC3L的功能缺陷導(dǎo)致致死表型是由于PARP1的抑制和同源重組修復(fù)缺陷，這項研究擴(kuò)展了我們對復(fù)發(fā)性流產(chǎn)相關(guān)基因的認(rèn)識[41]。曹琴英等[42]通過對不明原因復(fù)發(fā)性流產(chǎn)患者FMR1基因檢測發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)MRl基因CGG重復(fù)序列等位基因中間型以及較大的正常型與不明原因復(fù)發(fā)性流產(chǎn)可能存在相關(guān)性，但由于研究未對病例組和對照組的AMH和FSH水平進(jìn)行測定和分析，所以具體的相關(guān)機(jī)制仍未解釋清楚。

7 總結(jié)與展望

綜上所述，不孕不育是一個重要且日益嚴(yán)重的臨床問題，之前的研究報道了女性不育與顯性遺傳、隱性遺傳和x-連鎖遺傳的相關(guān)性，而且明確了TLE6、PADI6和PATL2等基因在女性不育的重要決定因素，在這里，通過探討女性不育癥的基因遺傳學(xué)研究進(jìn)展，希望鑒定已知和新的與女性不育癥相關(guān)的基因變異，從而為指導(dǎo)女性不孕不育患者的診治提供參考。