馬麗娜，馬紅麗，高敬書，吳效科，張多加，王瓏

(1.黑龍江中醫(yī)藥大學(xué)，哈爾濱150040;2.黑龍江中醫(yī)藥大學(xué)附屬第一醫(yī)院a.婦科，b.針灸科，哈爾濱150040)

多囊卵巢綜合征(polycystic ovary syndrome，PCOS)是一種復(fù)雜的生殖內(nèi)分泌紊亂疾病，影響全球6%～10%女性的健康［1］，以亞洲和歐洲人群更常見［2］。PCOS病因復(fù)雜、分子發(fā)生機(jī)制不明。多數(shù)研究認(rèn)為，遺傳和環(huán)境因素協(xié)同作用是導(dǎo)致PCOS發(fā)生發(fā)展的主要原因［3－6］。因此，尋找PCOS發(fā)病的遺傳和環(huán)境機(jī)制是近年的研究熱點(diǎn)。家系研究和雙胞胎研究均指出，PCOS具有遺傳傾向，大量的候選基因研究也證實(shí)了200余個(gè)PCOS易感基因［7－8］，提示PCOS遺傳背景的復(fù)雜性。但由于PCOS復(fù)雜的病理生理過程涉及多種路徑和蛋白質(zhì)，以上單一的基因診斷試驗(yàn)無法闡明其遺傳病因及發(fā)病機(jī)制，故需要尋找一種更全面高效、客觀性強(qiáng)的遺傳學(xué)研究方法。全基因組關(guān)聯(lián)研究(genome－wide association study，GWAS)通過連鎖不平衡分析捕獲大部分基因組變異，然后利用一組具有代表性的單核苷酸多態(tài)性(single nucleotide ploymorphism，SNP)評(píng)估全基因組變異，這為復(fù)雜疾病的遺傳學(xué)研究提供了更全面、客觀的分析策略。GWAS在卵巢癌、子宮內(nèi)膜異位癥、宮頸癌、子宮肌瘤等女性生殖系統(tǒng)損害性疾病的易感基因座識(shí)別上取得了突破性進(jìn)展［9－12］。近年GWAS已被用于不同種族人群的PCOS致病基因研究?，F(xiàn)就GWAS在PCOS中的研究進(jìn)展予以綜述，以期為PCOS的遺傳生物學(xué)機(jī)制研究、精準(zhǔn)治療提供新的見解和方向。

1 PCOS的遺傳學(xué)研究基礎(chǔ)

臨床上，PCOS發(fā)病呈家族聚集性，被認(rèn)為具有一定的遺傳學(xué)基礎(chǔ)。一項(xiàng)PCOS家系研究的薈萃分析發(fā)現(xiàn)，與正常對(duì)照女性的一級(jí)親屬(父母、兄弟姐妹)相比，PCOS患者的一級(jí)親屬(父母、兄弟姐妹)出現(xiàn)代謝綜合征、高血壓和血脂異常的風(fēng)險(xiǎn)顯著增加［13］。另一項(xiàng)針對(duì)3 100多對(duì)雙胞胎進(jìn)行的大規(guī)模調(diào)查問卷結(jié)果顯示［14］，PCOS患病率為2.97%(92/3 100)，其中單卵雙胎的PCOS患病率是雙卵雙胎的2倍，提示遺傳因素在PCOS發(fā)生中起重要作用。以上研究表明，遺傳因素與PCOS發(fā)病關(guān)系密切，但基于復(fù)雜疾病的固有特點(diǎn)及PCOS本身的特點(diǎn)家系連鎖分析等遺傳學(xué)方法作用受限，故研究者開始采用GWAS探索PCOS致病基因，即從家系、雙生子研究逐步過渡到候選基因關(guān)聯(lián)研究。

PCOS候選基因關(guān)聯(lián)研究主要是選擇可能與PCOS病理、生理相關(guān)的基因進(jìn)行關(guān)聯(lián)性分析。至今，研究者已對(duì)200余個(gè)PCOS的候選基因進(jìn)行了關(guān)聯(lián)研究［7－8］，包括雄激素生物合成、儲(chǔ)備及作用相關(guān)基因(17α－羥化酶基因、雄激素受體基因、性激素結(jié)合球蛋白基因等)、性腺功能失調(diào)相關(guān)基因(黃體生成素/人絨毛膜促性腺激素受體基因、卵泡刺激素受體基因等)、代謝相關(guān)基因(胰島素基因、胰島素受體底物基因、胰島素受體基因、體脂含量和肥胖相關(guān)基因等)及慢性炎癥相關(guān)基因(白細(xì)胞介素－6基因、腫瘤壞死因子－α基因等)。由于研究的樣本量偏小(受試者少于300名)以及僅評(píng)估基因中個(gè)別變異的影響，并非調(diào)查整個(gè)基因的變異等不足和局限，大多數(shù)功能候選基因關(guān)聯(lián)性結(jié)果缺乏一致的復(fù)制。因此，對(duì)PCOS致病基因的探索不能僅局限于單基因篩查研究模式。

2 GWAS識(shí)別PCOS常見基因多態(tài)性

GWAS以應(yīng)用基因組中的SNP作為分子遺傳標(biāo)記，進(jìn)行全基因組水平上的對(duì)照或相關(guān)性分析，并通過比較發(fā)現(xiàn)影響復(fù)雜性狀的基因變異、確定疾病遺傳風(fēng)險(xiǎn)因素的一種新策略。GWAS可用于2型糖尿病、肥胖、哮喘、精神疾病等具有復(fù)雜性狀疾病的研究［15－17］，并可用于易感基因座的確定。目前，通過GWAS對(duì)包括中國(guó)漢族女性、韓國(guó)人和歐洲血統(tǒng)人群PCOS患者進(jìn)行檢測(cè)的8項(xiàng)相關(guān)實(shí)驗(yàn)檢測(cè)出20個(gè)PCOS易感位點(diǎn)，易感區(qū)域相關(guān)基因主要參與卵泡成熟和排卵(LHCGR、FSHR、FSHB、MAPRE1、ERBB4、SOD2)、高雄激素相關(guān)(DENND1A、ZBTB16)、胰島素信號(hào)通路(INSR、PLGRKT)、1型糖尿病(RAB5B)、2型糖尿病(THADA和HMGA2)、男性勃起功能障礙(C9orf3)、器官大小和細(xì)胞增殖控制(YAP1和SUMO1P1)、染色質(zhì)重組(TOX3)、細(xì)胞周期調(diào)控(KHDRBS3)、免疫和炎癥反應(yīng)(GATA4/NEIL2)、胚胎發(fā)育(KRR1)。

GWAS發(fā)現(xiàn)的20個(gè)易感基因中，許多在PCOS既往遺傳學(xué)研究中并未受到關(guān)注，如DENND1A、KHDRBS3、YAP1基因。DENND1A基因含有22個(gè)外顯子和DENND1A.V1、DENND1A.V2兩個(gè)轉(zhuǎn)錄體，編碼一種含DENND結(jié)構(gòu)域和clathrin結(jié)合結(jié)構(gòu)域的蛋白——Connecdenn1蛋白，可作為Rab35的鳥嘌呤交換因子，與clathrin及適應(yīng)蛋白2結(jié)合，介導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)吞，參與調(diào)控蛋白質(zhì)和脂質(zhì)代謝。有研究表明，PCOS女性卵巢卵泡膜細(xì)胞中DENND1A.V2基因過表達(dá)，導(dǎo)致17α－羥化酶基因啟動(dòng)子活性改變，促進(jìn)雄激素合成和分泌，進(jìn)而介導(dǎo)PCOS患者的高雄表型［18］，故推測(cè)DENND1A基因?qū)COS女性雄激素升高有重要影響。因此，了解上述基因及大量遺傳位點(diǎn)SNP的生物學(xué)功能對(duì)PCOS分子機(jī)制的研究具有重要意義，同時(shí)也是未來GWAS研究的重點(diǎn)。

3 基于不同種族人群的PCOS-GWAS

3.1 基于漢族人群隊(duì)列的PCOS－GWAS Chen等［19］首次將GWAS應(yīng)用于PCOS遺傳學(xué)研究開展了第一個(gè)基于中國(guó)漢族女性的PCOS－GWAS，發(fā)現(xiàn)了3個(gè)與PCOS發(fā)病相關(guān)的易感區(qū)域:2p16.3、2p21和9q33.3，相應(yīng)位點(diǎn)附近的風(fēng)險(xiǎn)候選基因有LHCGR、THADA和DENND1A，此研究被認(rèn)為是PCOS遺傳學(xué)研究領(lǐng)域里程碑式的發(fā)現(xiàn)，且相關(guān)位點(diǎn)在隨后研究中亦得到了證實(shí)。一項(xiàng)對(duì)2 082例PCOS患者基因型－表型的研究發(fā)現(xiàn)，THADA、DENND1A基因區(qū)SNP可能通過代謝紊亂相關(guān)途徑在PCOS發(fā)生發(fā)展中起作用［20］。Dallel等［21］在突尼斯婦女中發(fā)現(xiàn)DENND1A基因rs10818854位點(diǎn)和rs10986105位點(diǎn)與PCOS發(fā)病相關(guān)。此外，Zou等［22］通過薈萃分析進(jìn)一步證實(shí)，LHCGR基因變異與PCOS特異相關(guān)，推測(cè)LHCGR可用作預(yù)測(cè)PCOS風(fēng)險(xiǎn)的潛在生物標(biāo)志物。

為進(jìn)一步完善對(duì)PCOS遺傳因素的認(rèn)識(shí)，Shi等［23］擴(kuò)大樣本量開展了第二個(gè)基于漢族人群的PCOS－GWAS。此次研究在證實(shí)了第一個(gè)GWAS識(shí)別的3個(gè)位點(diǎn)外，又發(fā)現(xiàn)8個(gè)新的PCOS的易感區(qū)域，即2p16.3(FSHR基因)、9q22.32、11q22.1、12q13.2、12q14.3、16q12.1、19p13.3和20q3.2。上述研究結(jié)果為探索PCOS的遺傳因素(致病基因)提供了線索，引起學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注，隨后該研究方法不斷被應(yīng)用于相關(guān)研究，但并非GWAS發(fā)現(xiàn)的所有SNP均得到了證實(shí)。在歐洲、沙特和印度人群中已經(jīng)驗(yàn)證2p21(THADA)、12q14.3(HMGA2)、2p16.3(LHCGR)和9q33.3(DENND1A)與PCOS發(fā)病相關(guān)［24－26］。

3.2 基于韓國(guó)人群隊(duì)列的PCOS－GWAS 另一項(xiàng)基于亞洲血統(tǒng)的PCOS－GWAS在韓國(guó)女性中開展。Hwang等［27］的研究顯示，并未識(shí)別達(dá)到GWAS顯著性(P＜10－8)的易感位點(diǎn)。分析原因可能是該研究樣本量相對(duì)較小，且健康對(duì)照組女性并非完全健康，其中10.5%的女性伴高雄激素血癥，導(dǎo)致研究結(jié)果與中國(guó)PCOSGWAS［19，23］研究結(jié)果存在差異。隨后，Lee等［28］擴(kuò)大樣本量再次進(jìn)行了基于韓國(guó)女性的PCOS－GWAS，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了1個(gè)新的PCOS易感位點(diǎn)8q24.2(rs10505648，OR=0.52，P=5.46×10－8)，其他微相關(guān)易感區(qū)域位于4q35.2、16p13.3、4p12、3q26.33、9q21.32、11p13和1p22［P=(5.72～6.43)×10－5］上。rs10505648位于含KH的RNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)相關(guān)分子3(KH domain containing，RNA binding，signal transduction associated 3，KHDRBS3)基因上游，KHDRBS3基因與端粒酶活性密切相關(guān)。端粒酶是一種維持端粒長(zhǎng)度的酶，其長(zhǎng)度與PCOS發(fā)病、臨床表現(xiàn)密切相關(guān)［29－30］。故推測(cè)，KHDRBS3基因可能通過影響端粒酶活性調(diào)控端粒酶長(zhǎng)度，進(jìn)而導(dǎo)致PCOS發(fā)生及臨床表現(xiàn)的異質(zhì)性。但之前基于中國(guó)PCOS人群［19，23］發(fā)現(xiàn)的一些位點(diǎn)并未在Lee等［28］研究中得到驗(yàn)證，其原因可能與中國(guó)和韓國(guó)的PCOS－GWAS使用的基因分型芯片(中國(guó)研究:Affymetrix SNP 6.0芯片，韓國(guó)研究:Illumina HumanOmni1－Quar v1陣列)不同有關(guān)。

3.3 基于高加索/白種人血統(tǒng)人群隊(duì)列的PCOS－GWAS

為探求既往被識(shí)別的與PCOS發(fā)病相關(guān)位點(diǎn)［19，23，27－28］能否在歐洲人群中得到驗(yàn)證，并試圖發(fā)現(xiàn)新的位點(diǎn)，歐洲學(xué)者在高加索人群和白種人中展開了PCOS－GWAS。Hayes等［31］在歐洲后裔女性中進(jìn)行了大型的三階段GWAS發(fā)現(xiàn)并確定了與PCOS相關(guān)的3個(gè)易感基因區(qū)域:8p32.1、11p14.1(FSHB)以及9q22.32，其中，8p32.1和11p14.1(FSHB)兩個(gè)位點(diǎn)為新發(fā)現(xiàn)的位點(diǎn)。隨后，Hong等［32］在韓國(guó)人群隊(duì)列研究中驗(yàn)證了位于FSHB基因上的SNP與PCOS發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，該研究進(jìn)一步證實(shí)作為FSHR基因補(bǔ)充的FSH信號(hào)配體——FSHB基因與PCOS的發(fā)病機(jī)制相關(guān)，且與種族無關(guān)。配體(FSHB基因)和受體(FSHR基因)均增加了PCOS的患病風(fēng)險(xiǎn)，體現(xiàn)了神經(jīng)內(nèi)分泌在PCOS發(fā)病機(jī)制中的重要性。

Day等［33］基于歐洲白人鑒定了6個(gè)PCOS的易感位點(diǎn)，包括ERBB4/HER4、YAP1、THADA、FSHB、RAD50和KRR1，其中YAP1和THADA在既往GWAS［19，23］中已有報(bào)道;FSHB在Hayes等［31］的GWAS中也有報(bào)道，并在韓國(guó)人群［32］中得到驗(yàn)證;而ERBB4/HER4、RAD50、KRR1三個(gè)位點(diǎn)是基于歐洲人群新發(fā)現(xiàn)的與PCOS發(fā)病相關(guān)的易感位點(diǎn)。隨后，有學(xué)者在中國(guó)漢族人群中驗(yàn)證ERBB4(rs1351592)與PCOS發(fā)病的相關(guān)性，結(jié)果證實(shí)ERBB4基因與中國(guó)漢族女性PCOS發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)［34］。故可推測(cè)，不同種族PCOS女性可能具有相似的基因結(jié)構(gòu)。

3.4 其他PCOS－GWAS 一項(xiàng)基于歐洲血統(tǒng)隊(duì)列PCOS－GWAS國(guó)際薈萃分析［35］，鑒定出3個(gè)新的與PCOS發(fā)病相關(guān)位點(diǎn)(靠近PLGRKT、ZBTB16和MAPRE1)基因。新位點(diǎn)變異可能參與PCOS女性胰島素信號(hào)通路、高雄激素相關(guān)和脂肪代謝及卵泡發(fā)育過程，但這3個(gè)新位點(diǎn)尚需在其他不同種族人群中進(jìn)一步重復(fù)和驗(yàn)證。以上在亞洲和歐洲女性中進(jìn)行的大規(guī)模GWAS［19，23，27－28，31，33，35］已經(jīng)確定了19個(gè)基因座與PCOS相關(guān)，但研究使用了不同的診斷標(biāo)準(zhǔn)及自我報(bào)告信息。雖然大多數(shù)易感位點(diǎn)在不同種族間得到證實(shí)，但不同研究中的病例選擇偏差和異質(zhì)性客觀存在，為減少這種偏差和異質(zhì)性，Zhang等［36］通過鹿特丹準(zhǔn)則算法對(duì)電子健康記錄識(shí)別的PCOS患者和健康對(duì)照女性進(jìn)行GWAS發(fā)現(xiàn)了1個(gè)新的PCOS發(fā)病相關(guān)位點(diǎn)——SOD2 rs17186366。另有研究顯示，SOD2中的A16V(rs4880)與中國(guó)漢族女性的PCOS、黃體生成素水平以及黃體生成素/卵泡刺激素比值相關(guān)［37］。SOD2基因功能及作用機(jī)制還有待進(jìn)一步探索，目前通過PCOS－GWAS已發(fā)現(xiàn)至少20個(gè)與PCOS發(fā)生發(fā)展相關(guān)的位點(diǎn)，其中11個(gè)位點(diǎn)已在不同種族間得到了反復(fù)證實(shí)和復(fù)制，見表1。

表1 PCOS-GWAS鑒定的SNP

4 GWAS的局限性

GWAS運(yùn)用基因芯片技術(shù)篩選出了新的風(fēng)險(xiǎn)位點(diǎn)，為PCOS的生物學(xué)機(jī)制研究提供了新的方向，但仍存在一定的局限性:①GWAS發(fā)現(xiàn)的是易感區(qū)域(易感位點(diǎn))，并非致病基因，且多數(shù)易感位點(diǎn)并不位于已知基因的開放閱讀框，而是位于非編碼區(qū)或內(nèi)含子上，給研究帶來一定困難。②GWAS能識(shí)別大量與PCOS發(fā)病相關(guān)的常見變異，但常見變異只能解釋復(fù)雜性疾病的小部分遺傳信息，并不能完全解釋疾病，進(jìn)一步探討罕見變異對(duì)疾病的影響十分必要。③目前GWAS過度依賴統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，較容易出現(xiàn)假陽性及假陰性結(jié)果，這也是不同種族隊(duì)列研究結(jié)果出現(xiàn)不一致或相反結(jié)論的原因之一。所以，識(shí)別致病變異和基因并了解它們?cè)赑COS病理機(jī)制中的作用是PCOS的GWAS面臨的困難之一，即易感基因精細(xì)定位和基因功能研究，可能有助于提高人們對(duì)PCOS病因和病理機(jī)制的認(rèn)識(shí)。

續(xù)表1

5 小 結(jié)

PCOS是常見的育齡女性生殖內(nèi)分泌紊亂性疾病，影響人體多個(gè)系統(tǒng)和組織。但其確切病因、病理機(jī)制尚不清楚，嚴(yán)重影響了PCOS的診斷和精準(zhǔn)治療。家系研究和雙胞胎研究明確了PCOS具有遺傳基礎(chǔ)，且大量候選基因的關(guān)聯(lián)研究也證實(shí)了200余個(gè)PCOS發(fā)病相關(guān)的易感基因，提示了PCOS遺傳背景的復(fù)雜性。GWAS運(yùn)用基因芯片技術(shù)篩選出新的風(fēng)險(xiǎn)位點(diǎn)，至今已有20個(gè)與PCOS患病相關(guān)的易感區(qū)域被識(shí)別，為PCOS易感基因的研究奠定了基礎(chǔ)，極大地推動(dòng)了PCOS的遺傳學(xué)研究。然而，目前有限的信息和證據(jù)尚無法全面闡釋PCOS確切的遺傳方式和分子機(jī)制。相信隨著生物技術(shù)的進(jìn)步及研究的深入，PCOS病因、病理機(jī)制將逐漸清晰，從而為PCOS的精準(zhǔn)治療提供幫助。