董 萌, 譚季春

中國(guó)醫(yī)科大學(xué)附屬盛京醫(yī)院,遼寧 沈陽 110022

早發(fā)性卵巢功能不全(premature ovarian insufficiency,POI)定義為女性在40歲之前卵巢性激素水平分泌不足導(dǎo)致卵巢功能減退和更年期提前[1-2]。目前,全球臨床公認(rèn)的POI診斷標(biāo)準(zhǔn)包括:40歲之前出現(xiàn)連續(xù)4個(gè)月以上的閉經(jīng)或月經(jīng)稀發(fā),間隔1個(gè)月以上連續(xù)兩次血清促卵泡激素水平>25 IU/L[3]。40歲以下女性POI發(fā)病率約為1.0%,30歲以下女性發(fā)病率約為0.1%[4]。流行病學(xué)研究發(fā)現(xiàn),POI的發(fā)病率與年齡、種族密切相關(guān)[4]。POI患者短期表現(xiàn)為潮熱、睡眠障礙、陰道干燥、情緒障礙等更年期癥狀,長(zhǎng)期會(huì)出現(xiàn)心血管疾病、阿爾茨海默病、骨質(zhì)疏松等[3]。POI為臨床異質(zhì)性疾病,發(fā)病機(jī)制復(fù)雜,個(gè)體差異較大,可由卵泡早期衰竭、成熟受阻或卵母細(xì)胞池破壞及卵巢抵抗等潛在機(jī)制引起[5]。POI病因可分為遺傳性因素(染色體異常、遺傳多態(tài)性、單基因突變)、自身免疫和代謝紊亂、感染、環(huán)境因素及醫(yī)源性程序等[6]。約50%～90%的POI患者是特發(fā)性的,其中,10%～30%是家族性的[7-8]。

對(duì)POI致病基因的探尋一直是生殖醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。在過去的幾十年里,很多POI候選基因被發(fā)現(xiàn),但很少被納入致病功能驗(yàn)證。在大型POI譜系中采用全外顯子組測(cè)序(whole exome sequencing,WES)技術(shù)可發(fā)現(xiàn)新的致病原因并提出候選病因,雖然致病基因名單在不斷擴(kuò)大,但這只是POI遺傳學(xué)的冰山一角[9]。陳子江院士團(tuán)隊(duì)對(duì)1 030例POI患者進(jìn)行了WES,在59個(gè)已知的POI致病基因中檢測(cè)到了195個(gè)致病或可能致病的突變,占所有患者的18.7%,通過關(guān)聯(lián)分析進(jìn)一步將POI患者與5 000例無POI者進(jìn)行比較,確定了另外20個(gè)與POI相關(guān)的基因,并發(fā)現(xiàn)這些基因具有顯著的功能突變,參與了卵巢的發(fā)育及功能,包括促性腺激素生成(LGR4、PRDM1)、減數(shù)分裂(CPEB1、KASH5、MCMDC2、MEIOSIN、NUP43、RFWD3、SHOC1、SLX4、STRA8)、卵泡發(fā)生和排卵(ALOX12、BMP6、H1-8、HMMR、HSD17B1、MST1R、PPM1B、ZAR1、ZP3),累積起來,已知POI致病基因和新型POI相關(guān)基因的致病性和可能致病性變異共導(dǎo)致242例POI發(fā)生,占所有患者的23.5%[10]。另一項(xiàng)來自英國(guó)的研究對(duì)英國(guó)生物樣本庫中的104 733名女性的外顯子組序列數(shù)據(jù)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn),在生殖健康的女性中存在99.9%的蛋白截短突變,對(duì)于絕大多數(shù)女性來說,POI不是由常染色體顯性變異引起的,無論是以前報(bào)道的基因還是目前臨床上的候選基因[8]。

近年來,采用WES技術(shù)在大型POI家系中發(fā)現(xiàn)了很多與POI相關(guān)的致病基因,主要包括與X染色體異常相關(guān)的基因,已知的POI候選基因,與DNA損傷修復(fù)、同源重組、減數(shù)分裂相關(guān)的POI致病基因,以及與mRNA轉(zhuǎn)錄、翻譯相關(guān)的基因。

1 與X染色體異常相關(guān)的基因

X染色體異常包括X染色體的重復(fù)、缺失及易位。特納綜合征為一條X染色體的全部或部分缺失,導(dǎo)致先天性卵巢功能衰竭[11]。X三體,如47XXX基因型,與促性腺功能低下的卵巢功能不全相關(guān)[12]。另一種導(dǎo)致POI先天性異常的是脆性X型智力遲鈍基因,該基因中存在CGG重復(fù)序列(大約55～199個(gè)重復(fù)序列),其還與男性發(fā)生Martin-Bell綜合征相關(guān)[13]。

2 已知的POI候選基因

2.1 卵泡刺激素受體 促卵泡激素通過作用于促卵泡刺激素受體,在促進(jìn)卵泡生長(zhǎng)、調(diào)節(jié)卵巢功能等方面起著至關(guān)重要的作用[14]。卵泡刺激素受體多態(tài)性可能引起卵巢功能下降,從而導(dǎo)致POI的發(fā)生。rs6165和rs6166多態(tài)性是卵泡刺激素受體中常見的兩種錯(cuò)義突變,這兩個(gè)位點(diǎn)的G到A翻轉(zhuǎn)導(dǎo)致相應(yīng)氨基酸序列的氨基酸殘基置換,因此,這兩種多態(tài)性可能影響促卵泡激素與卵泡刺激素受體的結(jié)合[15]。Meta分析提示rs6166多態(tài)性與POI風(fēng)險(xiǎn)顯著相關(guān)[16]。

2.2 轉(zhuǎn)錄因子SOHLH2 在中國(guó)人群POI患者中發(fā)現(xiàn)了2個(gè)SOHLH2錯(cuò)義突變(p.Ser317Phe和p.Glu376Lys),其會(huì)改變SOHLH1蛋白作為轉(zhuǎn)錄因子的活性,可能與microRNA hsa-miR-888-5p產(chǎn)生新的結(jié)合位點(diǎn)[17]。

3 與DNA損傷修復(fù)、同源重組、減數(shù)分裂相關(guān)的POI致病基因

3.1 基質(zhì)抗原3 基質(zhì)抗原3基因位于7號(hào)染色體q22區(qū),可編碼內(nèi)聚蛋白亞基,在減數(shù)分裂過程中起著關(guān)鍵作用,調(diào)節(jié)內(nèi)聚蛋白環(huán)和突觸復(fù)合體的組裝,參與染色體的排列和紡錘體的裝配。在小鼠中敲除基質(zhì)抗原3后,小鼠不孕,卵巢發(fā)育不良,卵母細(xì)胞減數(shù)分裂停滯,著絲粒染色體內(nèi)聚缺陷[18]?；诩蚁档难芯恐幸呀?jīng)發(fā)現(xiàn)了多種基質(zhì)抗原3蛋白的截短突變,這種突變呈現(xiàn)隱形遺傳模式,女性具有原發(fā)性閉經(jīng)和性腺發(fā)育不良等表型[19-21]?；|(zhì)抗原3突變還可引起男性非梗阻性無精子癥的發(fā)生[22]。

3.2 染色體微小維持體8和染色體微小維持體9 染色體微小維持體8和染色體微小維持體9為常染色體基因,編碼DNA解旋酶,在DNA雙鏈斷裂修復(fù)中起著重要的作用[23]。在POI家族中可檢測(cè)到染色體微小維持體8和染色體微小維持體9的基因突變,表現(xiàn)為DNA損傷處募集和染色體斷裂修復(fù)缺陷,其突變患者表現(xiàn)為性腺功能減退及閉經(jīng)[24]。染色體微小維持體8和染色體微小維持體9突變的遺傳方式為常染色體隱性。在敲除染色體微小維持體8或染色體微小維持體9的小鼠中發(fā)現(xiàn),雌鼠不孕,早期生殖細(xì)胞丟失,易患腫瘤性疾病,如肝細(xì)胞癌、卵巢腫瘤/增生等[25]。

3.3 突觸復(fù)合體中心元件1 突觸復(fù)合體中心元件1基因編碼突觸復(fù)合體的一個(gè)組成部分。突觸復(fù)合體是一種減數(shù)分裂特異性結(jié)構(gòu),為同源染色體之間的重組提供了一個(gè)平臺(tái),對(duì)基因組的穩(wěn)定性和配子的多樣性至關(guān)重要[26]。突觸復(fù)合體由中心元素突觸復(fù)合體中心元件1、突觸復(fù)合體中心元件2、突觸復(fù)合體中心元件3、TEX12、C14ORF39、側(cè)元SYCP2和SYCP3、橫向絲SYCP1組成[27]。在小鼠中敲除突觸復(fù)合體中心元件1會(huì)導(dǎo)致減數(shù)分裂阻滯和配子凋亡加速,從而引起雌性和雄性不育[28-31]。在家族性POI和非梗阻性無精子癥患者中,突觸復(fù)合體中心元件1、SYCP2同源物及C14ORF39的變異被發(fā)現(xiàn),包括拷貝數(shù)突變及微缺失[29,32]。在一個(gè)以色列阿拉伯近親家系中,在常染色體隱性遺傳的原發(fā)性閉經(jīng)女性中發(fā)現(xiàn)了突觸復(fù)合體中心元件1蛋白截短純合突變p.Q205*[28]。

3.4 C14orf39 C14orf39也是編碼突觸復(fù)合體中心元件的基因。Hou等[32]報(bào)道了散發(fā)性POI和非梗阻性無精子癥患者中C14orf39的2個(gè)純合突變,功能研究發(fā)現(xiàn),C14orf39的變異顯著加速了蛋白降解,影響突觸復(fù)合體的組裝和減數(shù)分裂。通過WES在不同種族人群的不育個(gè)體中發(fā)現(xiàn)了突觸復(fù)合體編碼基因C14orf39/SIX6OS1的3個(gè)純合突變,包括巴基斯坦家庭中的1個(gè)移碼突變(c.204_205del[p.His68Glnfs*2]),其中,2名男性患有非梗阻性無精子癥、1名女性患有POI;2名無關(guān)系的中國(guó)男性非梗阻性無精子癥患者中存在1個(gè)無義突變(c.9G>T[p.Glu320*])和1個(gè)剪接突變(c.1180-3C>G);C14orf39的截短突變保留了與突觸復(fù)合體中心元件1的結(jié)合,但C14orf39和突觸復(fù)合體中心元件1之間的復(fù)合物形成受損;攜帶C14orf39移碼突變的家族男性在同源染色體之間表現(xiàn)出完全的失聯(lián),而攜帶無義或剪接突變的中國(guó)男性在同源染色體之間表現(xiàn)出不完全的突觸[29]。

3.5 PSMC3IP PSMC3IP是引起POI和卵巢發(fā)育不良的常染色體隱性基因,其有9個(gè)外顯子,編碼一種核蛋白,該核蛋白在減數(shù)分裂重組中發(fā)揮作用,并作為核激素受體介導(dǎo)配體依賴性轉(zhuǎn)錄的輔助激活因子[33]。PSMC3IP蛋白可結(jié)合α/β-雌激素受體及糖皮質(zhì)激素、甲狀腺、雄激素、孕激素受體,并作為激素依賴性轉(zhuǎn)錄激活的輔助激活因子[34]。在也門的一個(gè)家系中發(fā)現(xiàn)了PSMC3IP的純合突變,該家族女性被診斷為青春期延遲、原發(fā)性閉經(jīng)及卵巢功能不全,男性被診斷為無精子癥[35]。此外,在33例法國(guó)POI患者中也發(fā)現(xiàn)了PSMC3IP的突變[36]。

3.6 ATP依賴性DNA解旋酶同源物 ATP依賴性DNA解旋酶同源物編碼在性腺中優(yōu)先表達(dá)的DNA解旋酶,這是減數(shù)分裂過程中同源染色體間的同源重組和突觸所必需的。ATP依賴性DNA解旋酶同源物敲除使小鼠不育,卵巢小,卵泡減少[37]。ATP依賴性DNA解旋酶同源物雙等位基因突變可引起人類隱性POI,在中國(guó)散發(fā)性POI患者中也發(fā)現(xiàn)了不同的ATP依賴性DNA解旋酶同源物雜合突變[38]。ATP依賴性DNA解旋酶同源物錯(cuò)義突變(c.3G>A)在受影響的家庭成員中是雜合的,而在未受影響的家庭成員中不存在。生物信息學(xué)剪接預(yù)測(cè)工具顯示,該突變極有可能對(duì)剪接位點(diǎn)功能產(chǎn)生強(qiáng)烈影響[39]。

3.7 CSB-PGBD3 融合基因CSB-PGBD3編碼DNA修復(fù)蛋白。對(duì)4例POI患者進(jìn)行WES并對(duì)432例散發(fā)患者進(jìn)行Sanger測(cè)序,在融合基因CSB-PGBD3中發(fā)現(xiàn)了3個(gè)新的突變,功能研究表明,突變的CSB-PGBD3融合蛋白在DNA損傷的反應(yīng)中受損,表現(xiàn)為受損部位的招募延遲或缺失,其主要作用為調(diào)節(jié)或參與DNA修復(fù)[40]。

3.8 MSH4和MSH5 MSH4和MSH5是DNA錯(cuò)配修復(fù)家族的成員,可形成異二聚體復(fù)合體,在減數(shù)分裂前期Ⅰ結(jié)合DNA鏈,穩(wěn)定同源染色體之間的相互作用,在染色體突觸和減數(shù)分裂重組中發(fā)揮著關(guān)鍵作用[41]。在一個(gè)哥倫比亞POI家族中,發(fā)現(xiàn)了MSH4的1個(gè)純合剪接位點(diǎn)突變p.I743_K785del,其使MSH4失活[42]。在一個(gè)有2個(gè)患病兄弟姐妹的中國(guó)POI家系中,發(fā)現(xiàn)了1個(gè)位于MSH5 DNA結(jié)合域的純合突變p.D487Y,該突變體在體外破壞了MSH5的DNA重組修復(fù)[43]。

4 與mRNA轉(zhuǎn)錄、翻譯相關(guān)的基因

4.1 真核翻譯起始因子4E核輸入因子1 真核翻譯起始因子4E核輸入因子1(eukaryotic translation initiation factor 4E nuclear input factor 1,eIF4ENIF1)是一種細(xì)胞核質(zhì)穿梭蛋白,富集于P小體中,用于運(yùn)輸真核翻譯起始因子4E。此外,eIF4ENIF1可以競(jìng)爭(zhēng)性地阻止真核翻譯起始因子4E與真核翻譯起始因子4G的有效結(jié)合,通過干擾兩者之間的相互作用來調(diào)節(jié)核糖體延遲,從而減少蛋白質(zhì)合成[44]。因此,eIF4ENIF1可以控制核糖體進(jìn)入特定mRNA的5′帽結(jié)構(gòu)并介導(dǎo)翻譯抑制[45]。eIF4ENIF1對(duì)于小鼠卵母細(xì)胞核膜的破壞和減數(shù)分裂的恢復(fù)至關(guān)重要[46]。在一個(gè)法裔加拿大家族中,7例POI患者在eIF4ENIF1中具有雜合性過早終止密碼子(Ser429*),而在未受影響的成員中不存在[47]。有學(xué)者在中國(guó)POI患者中也發(fā)現(xiàn)了eIF4ENIF1的突變[48-49]。

4.2 異核核糖核蛋白顆粒K同源性結(jié)構(gòu)域家族RNA結(jié)合蛋白 異核核糖核蛋白顆粒K同源性結(jié)構(gòu)域家族RNA結(jié)合蛋白含有1個(gè)KH結(jié)構(gòu)域,該結(jié)構(gòu)域可直接與單鏈RNA結(jié)合,并含有額外的保守QUA1和QUA2結(jié)構(gòu)域,為RNA結(jié)合所必需[50]。其主要作用為參與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、mRNA前剪接、mRNA翻譯、細(xì)胞周期調(diào)節(jié)和凋亡等生物學(xué)過程[51]。敲除異核核糖核蛋白顆粒K同源性結(jié)構(gòu)域家族RNA結(jié)合蛋白的雌鼠不孕,表現(xiàn)為性成熟延遲,次級(jí)和竇前卵泡數(shù)量顯著減少[52]。在2例中國(guó)POI患者中發(fā)現(xiàn)了異核核糖核蛋白顆粒K同源性結(jié)構(gòu)域家族RNA結(jié)合蛋白的雜合突變(c.4A>G,p.M154V),進(jìn)一步對(duì)215例攜帶異核核糖核蛋白顆粒K同源性結(jié)構(gòu)域家族RNA結(jié)合蛋白基因的特發(fā)性POI患者進(jìn)行突變分析,發(fā)現(xiàn)了1個(gè)雜合突變(c.2C>T,p.P88L),但是未在400名健康對(duì)照女性中發(fā)現(xiàn)這兩種突變[53]。

4.3 轉(zhuǎn)錄因子TP63 TP63在女性生殖系中保護(hù)基因組完整性[54]。在POI患者中發(fā)現(xiàn)了TP63的6個(gè)雜合突變,這些突變破壞了TAp63α蛋白C端的激活抑制結(jié)構(gòu)域,導(dǎo)致突變蛋白的四聚體形成和組成性激活,突變蛋白通過增加體外誘導(dǎo)凋亡因子的表達(dá)而誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[55]。

5 未來展望

闡明POI的遺傳和分子基礎(chǔ)對(duì)POI的治療至關(guān)重要,對(duì)POI患者的遺傳咨詢和生育指導(dǎo)發(fā)揮積極作用。隨著測(cè)序技術(shù)的發(fā)展和POI樣本庫的擴(kuò)大,越來越多的POI致病基因被發(fā)現(xiàn)。目前,已有相對(duì)大規(guī)模的POI隊(duì)列研究報(bào)道,但是仍需要進(jìn)行多中心的臨床隊(duì)列研究,增強(qiáng)國(guó)際間的合作,結(jié)合先證者的測(cè)序數(shù)據(jù)和功能驗(yàn)證等進(jìn)一步篩查POI致病基因。識(shí)別有POI風(fēng)險(xiǎn)的個(gè)體也是臨床醫(yī)師面臨的重要挑戰(zhàn),結(jié)合先進(jìn)的測(cè)序技術(shù)和分析方法對(duì)POI的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)測(cè)、常規(guī)診斷及早期干預(yù)具有重要意義。