摘要：性腺与性发育是一个连续而有序的过程。正常性腺的发育主要取决于两个因素:染色体 (XY, XX) 和调节宫内胎儿性腺形成、分化和发育的相关因子。一旦在这个过程出现异常, 将会导致性发育异常疾病的发生。本文对性发育异常的定义、性发育的遗传基础、常见性发育异常疾病的分类和临床表现进行概述, 重点介绍了几个相关致病基因。

　　关键词：性发育异常; 性别决定; 性分化; 基因突变;

　　性发育异常 (Disorders of sexual development, DSD) , 又称性分化异常, 是在性别决定和分化过程中, 由于染色体畸变或基因突变导致的性发育和内分泌调节异常, 包括性染色体异常、性腺发育异常、附属性器官解剖学异常等。

　　1 人类性别决定和性别分化

　　性发育是一个复杂的连续过程, 其中包括了原始性腺形成睾丸或卵巢 (性别决定) 和内外生殖器分化 (性分化) 。首先由不同性染色体 (XX或XY) 产生各自的性腺 (睾丸或卵巢) , 通过相关激素的调节, 从而分化为不同性别的生殖管道和外生殖器。

　　1.1 性别决定

　　胚胎原始性腺的发育命运由性染色体的组成决定, 一般来说含Y的精子和卵子受精, 合子染色体为46, XY, 原始性腺发育为睾丸, 发育成男性;含X的精子和卵子受精, 合子染色体为46, XX, 原始性腺为卵巢, 发育成女性。

　　1.2 性别分化

　　人类性腺原基在妊娠4周时出现于中间的中胚层, 在它分化为睾丸或卵巢之前均将经过一段未分化期, 此时的性腺不具有任何两性的特点。睾丸在胚胎早期分泌睾酮和AMH, 睾酮转化为双氢睾酮, 这两者使内外生殖器发育为男性;若没有睾酮与AMH, 则中肾旁管发育为女性内外生殖器, 因此女性生殖器发育并不依赖于卵巢, 而是继发于性腺的分化。

　　进入青春期后, 男女生殖器官逐渐成熟。男性青春期一般在14-20岁, 青春启动后, 曲细精管迅速增长, 睾丸体积明显增大, 附睾、精囊及前列腺也逐渐成熟, 开始出现阴囊皮肤变松、着色, 阴毛、腋毛, 接着出现胡须、喉结及变声。女孩的青春发动比男孩要早2年, 月经初潮来临是性功能发育的主要标志, 逐渐出现乳房发育、大小阴唇发育, 色素沉着, 阴道分泌物增多, 阴毛、腋毛, 同时卵巢, 输卵管、子宫及阴道也迅速发育成熟。

　　2 常见性发育异常疾病的分类和临床表现

　　根据对DSD的新分类, 可分为三类:性染色体DSD、46, XY DSD和46, XX DSD。性染色体DSD患者具有特殊的染色体核型。46, XY DSD和46, XX DSD涉及多个基因, 呈性连锁遗传、常染色体显性遗传和常染色体隐性遗传等多种方式。

　　当前对基因控制性发育的理解主要源自DSD患者相关基因突变和功能分析。DSD的小鼠模型和体外模型 (如人卵巢畸胎瘤细胞, 人类多能干细胞的睾丸胚胎性癌细胞株等) 已经被广泛使用[1]。在哺乳动物中, 性发育的机制能够在小鼠上得到最深入的的研究和最好的理解。性发育是一个复杂的过程, 涉及大量基因的参与, 常见的DSD的遗传学和发病机制以及这种疾病的相关小鼠模型见表1-3。

　　2.1 性染色体DSD的主要类型和临床表现见表1。

　　表1 性染色体DSD的主要类型和临床表现    

　　F:像女性;M:像男性;A:两性模糊

　　2.2 46, XY DSD

　　又称为睾丸发育异常, 其主要类型、涉及的基因、临床表现和小鼠模型见表2, 目前主要在以下几种基因突变中应用了小鼠模型。

　　(1) ARX

　　同源框蛋白ARX是一个转录因子, 在老鼠胚胎发育中的前脑, 底板和睾丸中表达。在人类中, ARX基因主要胎儿大脑, 成人的心脏、骨骼肌和肝脏中表达。ARX基因敲除小鼠显示, 胚胎发育中神经元迁移异常和阻碍的睾丸间质细胞分化 (性腺的发育不全) , 这将导致小睾丸, 大量的曲细精管和发育不全的精囊。在人类中, 在X连锁无脑回和模棱两可的生殖器 (XLAG) 综合征的患者中发生了ARX突变[2]。

　　(2) ATRX

　　ATR-X综合征的是由ATRX突变引起的一个X染色体连锁的疾病。这种疾病的特征是严重精神发育迟滞、典型的面部特征、没有或者很少生殖细胞的小睾丸, 生殖器异常和α-地中海贫血[3,4]。全球的ATRX基因敲除小鼠是胚胎致死的ATRX是一个染色质重塑蛋白, 作为一个共激活剂直接与雄激素受体相互作用[5]。

　　(3) CBX2

　　在雌性和雄性的Cbx2 (M33) 基因敲除小鼠均出现发育不全的性腺, XY Cbx2基因敲除小鼠出现性反转。在XY Cbx2基因敲除小鼠的性腺中, SRY和SOX9基因表达降低。在人类中, CBX2的复合杂合突变在46, XY DSD患者中被鉴定出, 该患者卵巢组织学正常, 有女性的内外的生殖器。

　　(4) DHH

　　DHH基因敲除XY小鼠, 是不育的, 出现小管周组织异常, 严重抑制精子生成[6]。在神经系统中, 神经束膜的周围的末梢神经簇是异常薄的。这种性腺表型表明在肌肉和睾丸间质细胞发育中, DHH都作用于这两者。人类的DHH突变是常染色体隐性, 发生在46, XY完全或部分性腺的发育不全 (有或无微束状神经病) 患者。在人类中, 两个患者有混合的性腺发育不全, 表现为一边有睾丸, 和DHH杂合突变的一个对侧条索状 (未发育性腺是两种性别都不是的典型) 或另一边没有性腺[7]。

　　(5) DMRT1

　　在人类, DMRT1在XY的胚胎生殖脊 (但不是XX) 中表达。性腺发育不全的46, XY DSD与单体性9 p末端相关, 这个染色体区域含有DMRT1。在一个46, XY卵睾DSD患者中鉴定出DMRT1的3-4外显子缺失[8]。相比之下, Dmrt1-基因敲除小鼠显示, 从出生后第2天严重睾丸发育受损, 导致严重的睾丸畸形但不是性逆转。

　　(6) GATA4

　　人类GATA4突变与先天性心脏病有关。此外, GATA4的一个杂合错义突变在已经在一个出现46, XY DSD和先天性心脏病的家族成员中报道[9]。尽管Gata4基因敲除小鼠中在性腺分化前是胚胎致死的, Gata4的Val271Gly突变小鼠在性交后存活了13.5天, 表现出睾丸发育异常, 表明GATA-4和FOG-2之间的相互作用对SRY基因正常表达是必要的, 解释了在人类正常性腺的表型[10]。

　　(7) MAMLD1

　　MAMLD1突变发生单纯尿道下裂的个人中。在老鼠中, Mamld1是短暂的表达在胎儿滋养和睾丸间质细胞。细胞研究表明, 短暂敲除Mamld1的降低SF-1介导的Cyp17a1表达, 从而抑制睾酮的生产。因此, 在MAMLD1突变患者看到生殖器表型可能是由于在胚胎发生的关键时期, 短暂的睾丸功能障碍而导致睾丸激素生成受损。

　　(8) MAP3K1

　　在两个家庭在和两个散发46, XY DSD性腺的发育不全患者的连锁分析中, 显示MAP3K1基因有四个杂合的突变。MAPK3在胚胎小鼠生殖腺表达, 但无MAP3K1的老鼠是可育, 并未显示性腺的异常。虽然MAPK信号在睾丸的发育很重要, 但人类和老鼠可能会利用MAP3K家庭成员不同的作用[11]。是否人类MAP3K1获得的功能突变, 在前支持细胞会扰乱睾丸的分化还是未知的。

　　(9) NR0B1

　　NR0B1被认为一种抗睾丸基因, 因为在人类中染色体Xp21区域重复 (包括了NR0B1) 会导致46, XY性腺发育不全。然而, 过度表达Nr0b1的XY小鼠在弱的SRY基因表达背景中会显示性逆转, 表明DAX-1 (蛋白质产物为Nr0b1) 对性发育中有一个剂量敏感效应。

　　(10) NR5A1

　　NR5A1在泌尿生殖嵴中表达, 其基因产物是SF-1, 激活SRY基因表达。NR5A1基因敲除老鼠缺乏肾上腺和性腺, 出生8天死于肾上腺机能不全。在人类中, NR5A1的杂合突变 (和, 很少有NR5A1突变纯合子) 发生在性腺的发育不全和新生儿肾上腺衰竭46, XY DSD的患者上[12]。

　　(11) WT1

　　WT1是一个锌指转录因子, 在生殖嵴、胎儿性腺、正在发育的肾中表达。WT1敲除小鼠的肾脏和性腺发育受阻, 导致了胚胎致死率。

　　(12) WWOX

　　在46, XY DSD和性腺发育不全病人中发现从母源得到的一个WWOX等位基因6-8外显子杂合缺失[13]。完全WWOX基因敲除小鼠在死于3周大小, 以及性腺表型存在两性。

　　2.3 46, XX DSD

　　又称为卵巢发育障碍, 其主要类型、涉及的基因、临床表现和小鼠模型见表3, 目前主要在以下几个基因突变中应用了小鼠模型:

　　(1) MAMLD1

　　一个患有性腺发育不全的46, XX DSD的MAMLD1基因有一个错义功能获得性纯合突变。在另一个性腺发育不全的46, XY DSD患者中, 是个同一位点的杂合的突变, 表明MAMLD1编码的蛋白可能参与睾丸的发育[14]。

　　(2) NR5A1

　　颗粒细胞特异性的XX NR5A1-/-小鼠的卵巢发育不良, 排卵障碍和不育, 没有达到性成熟[15]。一项139例原发性卵巢功能衰竭的病人的实验中发现7人中有CITED2 (为NR5A1上游调节物质) 突变[16]。

　　(3) RSPO1

　　在人类中, RSPO1的纯合突变在一个有掌跖角化过度, 皮肤鳞状细胞癌的46, XX睾丸性DSD家庭里报道过[17]。随后报道了1例患有46, XX卵睾性DSD的病人, R-spondin-1通过 (可能协同) WNT4基因促进卵巢中颗粒细胞的分化来增强β-catenin的信号[18,19]。Rspo1敲除的XX小鼠没有显示完全性别逆转;但是他们有男性化卵巢 (其中的胎儿卵母细胞被耗尽) , 和男性特有的体腔血管构造和异常的睾酮合成发生。

　　(4) SOX3

　　SRY相关的SOX-3基因在人类和小鼠正在发育的性腺中表达极低或不表达。在人类和小鼠中SOX3功能丢失性突变不会影响性别发育[20]。但是在双潜能性腺中SOX3过度表达的转基因株系XX小鼠表现完全性别逆转。

　　表2 46, XY DSD主要类型、涉及的基因、临床表现和小鼠模型    

　　TF:转录因子;NR:核受体;AD:常染色体显性;AR:常染色体隐性;X:X染色体连锁;Y:Y染色体连锁;CAH:肾上腺皮质增生;SERKAL综合征:因WNT4基因突变导致功能缺失的常染色体遗传疾病;WAGR:威尔曼瘤, 无虹膜, 生殖泌尿异常和精神发育迟滞综合征;Mayer-Rokitansky-Küster-Hauser综合征:先天性无阴道及阴道部份缺损

　　表3 46, XX DSD主要类型、涉及的基因、临床表现和小鼠模型    

　　(5) SOX9

　　XX小鼠性腺中SOX9的过度表达导致睾丸形成, 小鼠表型为雄性。

　　(6) SRY

　　在人类中, 患有46, XX睾丸性DSDs的超过80%病人检测出X染色体上SRY易位。另外, 过度表达SRY的XX转基因小鼠发育成雄性, 证明SRY是唯一Y染色体基因, 对睾丸发育是必要和充分的。

　　(7) WNT4

　　在老鼠胚胎中, 交配后11天WNT4在雌雄的双潜能性腺间质细胞中表达。WNT4基因敲除的XX小鼠有男性化卵巢和缺乏中肾旁管。虽然无WNT4 (纯合子敲除) 小鼠因肾功能衰竭在出生后就死亡, 但是只有一部分WNT4杂合的人出现肾功能异常。WNT4基因缺失的小鼠出生时没有中肾旁管, 在人类患者中无子宫或发育不全。

　　2.4 多基因DSDs

　　基于多基因的DSD患者的诊断可能发现因复杂的遗传性畸形所引起的新形式DSDs。例如, 一个46, XY DSD的患者有双侧腺母细胞瘤, 伴随着基于节段性肾小球硬化 (暗示为Frasier syndrome) 的迟发渐进型肾功能衰竭, 被鉴定出一个新发的SRY错义突变结合一个WT1基因KTS剪切位点突变[21]。

　　3 展望

　　随着新基因和参与性腺发育机制的发现, DSDs的一些新观念也浮现出来。46, XX DSDs和46, XY DSDs患者的基因突变已经被发现[22]。例如, 由于基因剂量效应, 在基因调控区域内缺失或插入, 和非性腺基因的异位表达等导致DSD的基因突变已经被发现。随着DSD的遗传原因得到进一步的识别, 诊断这些疾病将变得更加精确。

　　参考文献
　　[1]Ono M, Harley VR.Disorders of sex development:new genes, new concepts[J].Nat Rev Endocrinol, 2013, 9 (2) :79-91.
　　[2]Kitamura K, Yanazawa M, Sugiyama N, et al.Mutation of ARXcauses abnormal development of forebrain and testes in mice and X-linked lissencephaly with abnormal genitalia in humans[J].Nat Genet, 2002, 32 (3) :359-69.
　　[3]Gibbons RJ1, Picketts DJ, Villard L, et al.Mutations in a putative global transcriptional regulator cause X-linked mental retardation withα-thalassemia (ATR-X syndrome) [J].Cell, 1995, 24;80 (6) :837-45.
　　[4]Ion A, Telvi L, Chaussain JL, et al.A novel mutation in the putative DNA helicase XH2is responsible for male-to-female sex reversal associated with an atypical form of the ATR-X syndrome[J].Am J Hum Genet, 1996, 58 (6) :1185-91.
　　[5]Bagheri-Fam S, Argentaro A, Svingen T, et al.Defective survival of proliferating Sertoli cells and androgen receptor function in a mouse model of the ATR-X syndrome[J].Hum Mol Genet, 2011, 20 (11) :2213-24.
　　[6]Clark AM, Garland KK, Russell LD.Desert hedgehog (Dhh) gene is required in the mouse testis for formation of adult-type Leydig cells and normal development of peritubular cells and seminiferous tubules[J].Biol Reprod, 2000, 63 (6) :1825-38.
　　[7]Canto P, Vilchis F, S?derlund D, et al.A heterozygous mutation in the desert hedgehog gene in patients with mixed gonadal dysgenesis[J].Mol Hum Reprod, 2005, 11 (11) :833-6.
　　[8]Ledig S, Hiort O, Wünsch L, et al.Partial deletion of DMRT1causes46, XY ovotesticular disorder of sexual development[J].Eur J Endocrinol, 2012, 167 (1) :119-24.
　　[9]Louren?o D, Brauner R, Rybczynska M, et al.Loss-of-function mutation in GATA4causes anomalies of human testicular development[J].Proc Natl Acad Sci U S A, 2011, 108 (4) :1597-602.
　　[10]Tevosian SG, Albrecht KH, Crispino JD, et al.Gonadal differentiation, sex determination and normal Sry expression in mice require direct interaction between transcription partners GATA4 and FOG2[J].Development, 2002, 129 (19) :4627-34.
　　[11]Warr N, Bogani D, Siggers P, et al.Minor abnormalities of testis development in mice lacking the gene encoding the MAPK signalling component, MAP3K1[J].PLo S One, 2011, 6 (5) :e19572.
　　[12]Achermann JC, Ito M, Ito M, et al.A mutation in the gene encoding steroidogenic factor-1 causes XY sex reversal and adrenal failure in humans[J].Nat Genet, 1999, 22 (2) :125-6.
　　[13]White S, Hewitt J, Turbitt E, et al.A multi-exon deletion within WWOXis associated with a 46, XY disorder of sex development[J].Eur J Hum Genet, 2012, 20 (3) :348-51.
　　[14]Brand?o MP, Costa EM, Fukami M, et al.MAMLD1 (mastermind-like domain containing 1) homozygous gain-of-function missense mutation causing 46, XX disorder of sex development in a virilized female[J].Exp.Med.Biol, 2011.707, 129-131.
　　[15]Jeyasuria P, Ikeda Y, Jamin SP, et al.Cell-specific knockout of steroidogenic factor 1 reveals its essential roles in gonadal function[J].Mol Endocrinol, 2004, 18 (7) :1610-9.
　　[16]Fonseca DJ, Ojeda D, Lakhal B, et al.CITED2mutations potentially cause idiopathic premature ovarian failure[J].Transl Res, 2012, 160 (5) :384-8.
　　[17]Parma P, Radi O, Vidal V, et al.R-spondin1 is essential in sex determination, skin differentiation and malignancy[J].Nat Genet, 2006, 38 (11) :1304-9.
　　[18]Chassot AA, Ranc F, Gregoire EP, et al.Activation ofβ-catenin signaling by Rspo1 controls differentiation of the mammalian ovary[J].Hum Mol Genet, 2008, 17 (9) :1264-77.
　　[19]Tomaselli S, Megiorni F, Lin L, et al.Human RSPO1/R-spondin1is expressed during early ovary development and augmentsβ-catenin signaling[J].PLo S One, 2011, 6 (1) :e16366.
　　[20]Sutton E, Hughes J, White S, et al.Identification of SOX3as an XX male sex reversal gene in mice and humans[J].J Clin Invest, 2011, 121 (1) :328-41.
　　[21]Hersmus R, van der Zwan YG, Stoop H, et al.A 46, XY female DSD patient with bilateral gonadoblastoma, a novel SRYmissense mutation combined with a WT1KTS splice-site mutation[J].PLo S One, 2012, 7 (7) :e40858.
　　[22]Bashamboo A, Ledig S, Wieacker P, et al.New Technologies for the Identification of Novel Genetic Markers of Disorders of Sex Development (DSD) [J].Sex Dev, 2010, 4 (4-5) :213-24.

TAG标签： 性发育异常     性别决定     性分化