哺乳動(dòng)物雄性性別決定調(diào)控基因研究進(jìn)展

華秦楊，余樹民

(1.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院，四川成都 611130；2.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物醫(yī)學(xué)院，四川成都 611130)

自古以來，人類對(duì)生命的發(fā)生、進(jìn)化研究有著濃厚的興趣，尤其是對(duì)性別決定的研究和探索，一直是生命科學(xué)研究的熱點(diǎn)。隨著現(xiàn)代遺傳學(xué)和細(xì)胞分子生物學(xué)的快速發(fā)展，人類認(rèn)識(shí)到性別決定和調(diào)控的基本調(diào)控輪廓，發(fā)現(xiàn)了性染色體尤其是Y染色體決定雄性性別；在此基礎(chǔ)上，科學(xué)家進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)了一些與性別決定與調(diào)控的關(guān)鍵基因和因素[1-2]。同時(shí)，在人類臨床上，也發(fā)現(xiàn)了一系列與染色體缺失導(dǎo)致生殖器官發(fā)育異常的人類遺傳病。近年來，結(jié)合基因組學(xué)和基因編輯技術(shù)發(fā)現(xiàn)了一系列特異性與雄性性別決定和精子發(fā)生即雄性生殖力決定相關(guān)的關(guān)鍵特異性基因，如發(fā)現(xiàn)Sry、Sry-related HMG box-9 (Sox9)、Dmrt1、Gata4、DaxⅠ、Wtl、Wnt4、Dhh、Pis、Zfy、SOX4、NR5A1等諸多基因均與哺乳動(dòng)物的性別決定相關(guān)[3-10]。此外，一些激素和環(huán)境改變，尤其是表觀組學(xué)的進(jìn)展，發(fā)現(xiàn)一些非編碼的mRNA如miRNA、lncRNA等和甲基化、乙?；胺核鼗忍禺愋孕揎椪{(diào)控也可能影響性別決定基因的正常表達(dá)，引起雄性生殖器官和精子發(fā)生的異常[11]。

近年來，科學(xué)家已經(jīng)在一些經(jīng)濟(jì)動(dòng)物中實(shí)現(xiàn)定向選擇已知性別的精子和胚胎，借助進(jìn)一步的人工授精和胚胎移植技術(shù)，達(dá)到高效的選育特定性別的家畜后代，如在牛業(yè)生產(chǎn)中，可借助早期胚胎性別鑒定和流式細(xì)胞儀分選、純化X或Y精子等選擇性的生產(chǎn)已知性別后代，這樣大大地提高了現(xiàn)代畜牧業(yè)的生產(chǎn)效益。然而，目前家畜性別控制技術(shù)的成本較高，技術(shù)要求高，尚不能大面積的在畜牧業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用。能不能進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率，需要進(jìn)一步全面認(rèn)識(shí)哺乳動(dòng)物雄性性別決定的機(jī)理，本文就哺乳動(dòng)物性別決定調(diào)控的相關(guān)進(jìn)展做一簡(jiǎn)述。

1 雄性性別依賴于Y染色體

Y染色體遠(yuǎn)比X染色體短，Y染色體長(zhǎng)約57 Mbp，而X染色體長(zhǎng)156 Mbp。早在20世紀(jì)50年代，科學(xué)家就發(fā)現(xiàn)Y染色體與雄性個(gè)體的性別決定密切相關(guān)，是包括人在內(nèi)的所有哺乳動(dòng)物雄性動(dòng)物所特有的染色體，Y染色體的發(fā)現(xiàn)為闡明和揭示哺乳動(dòng)物雄性性別決定提供了基礎(chǔ)。隨后，科學(xué)家對(duì)Y 染色體影響哺乳動(dòng)物雄性性別決定的生物學(xué)機(jī)制進(jìn)行了大量研究，眾多結(jié)果發(fā)現(xiàn)，如果Y 染色體出現(xiàn)異常，哺乳動(dòng)物雄性個(gè)體的雄性特征和雄性生殖器就會(huì)出現(xiàn)發(fā)育異常。在小鼠上，如果 Y染色體長(zhǎng)臂缺失，進(jìn)而造成雄性小鼠的精子發(fā)育異常，甚至不育[12]。在人類臨床醫(yī)學(xué)上，發(fā)現(xiàn)罕見的Y 染色體和22 號(hào)染色體異位也引起人類的性逆轉(zhuǎn)現(xiàn)象，即雄性轉(zhuǎn)變?yōu)榇菩訹13]。一系列的研究進(jìn)展證明雄性哺乳動(dòng)物Y染色體的完整性對(duì)其雄性性別決定和正常發(fā)生具有決定性的生物學(xué)意義。對(duì)小鼠的Y染色體進(jìn)行詳盡的測(cè)序，促成了對(duì)小鼠Y染色體和包括人類、恒河猴及黑猩猩在內(nèi)的靈長(zhǎng)類動(dòng)物Y染色體在結(jié)構(gòu)、基因組和進(jìn)化等方面的發(fā)展[3]。與傳統(tǒng)觀點(diǎn)相反，研究發(fā)現(xiàn)在小鼠Y染色體的雄性特別區(qū)域(male-specific region of the Y chromosome,MSY),其中99.9%為常染色質(zhì)，含有高達(dá)700個(gè)編碼蛋白的基因(傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為，Y染色體為異染色質(zhì)，僅含有少量基因)，該發(fā)現(xiàn)為研究哺乳動(dòng)物性染色體進(jìn)化奠定了基礎(chǔ)。Y染色體上含有大量的回文序列，通常表現(xiàn)為99.97%的回文序列內(nèi)(臂-臂)序列相同。在人類，MSY區(qū)域包含許多人類睪丸特異性基因，人類種群中MSY回文序列的變化研究，為人類的遺傳進(jìn)化機(jī)制提供了新證據(jù)。根據(jù)Ensembl data (v86)報(bào)道，Y染色體上只有71個(gè)蛋白編碼基因，而且?guī)讉€(gè)編碼蛋白屬于同一個(gè)家族，因此，只有27個(gè)負(fù)責(zé)編碼不同的MSY蛋白[14]。

以性別決定為研究基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上發(fā)展的精密性別控制技術(shù)是一項(xiàng)能夠有效提高畜禽繁育效率的現(xiàn)代高新生物技術(shù)。性別控制可以通過定向篩選已知性別的精子或通過早期胚胎性別鑒別來實(shí)現(xiàn)，進(jìn)一步通過體外受精、人工授精或胚胎移植用于生產(chǎn)所需性別的經(jīng)濟(jì)動(dòng)物。目前，隨著細(xì)胞和分子生物學(xué)等相關(guān)技術(shù)的快速發(fā)展，利用X、Y染色體的特異性，借助流式細(xì)胞儀能夠有效分選出特定的含有X或Y型染色體的精子，結(jié)合人工授精技術(shù)，就很方便地實(shí)行家畜性別選擇和性別控制，該技術(shù)已經(jīng)在奶牛業(yè)中成熟應(yīng)用，產(chǎn)生了很高的經(jīng)濟(jì)效益。在豬和山羊等家畜上，科學(xué)家正在優(yōu)化技術(shù)程序，力爭(zhēng)能實(shí)現(xiàn)從定向選擇已知性別的精子，這樣可從根本上大幅度提高畜牧業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。近年來，通過深入的高通量測(cè)序和全基因組關(guān)聯(lián)性分析發(fā)現(xiàn)，Y染色體的遺傳變異除過與雄性生殖力有關(guān)外，同時(shí)其與一些重要疾病的發(fā)生和敏感性如炎癥和過敏等具有重要相關(guān)性。

2 性別決定基因與性別決定

2.1 SRY

1990年，Sinclair 等首次發(fā)現(xiàn)了性別決定的基因——SRY(sex-determining region of Y chromosome,SRY)，發(fā)現(xiàn)其定位于雄性小鼠的Y 染色體上，這才使哺乳動(dòng)物的性別決定研究真正變得更為清晰和科學(xué)。隨后，一系列研究證實(shí)SRY在所有哺乳動(dòng)物中具有高度同源性和保守性，如人SRY基因的HMG盒與牛的同源性達(dá)84%。研究發(fā)現(xiàn)，如果XY型的雄性小鼠的SRY基因發(fā)生突變，其雄性性器官的形成和發(fā)育就會(huì)發(fā)生障礙，進(jìn)而雄性小鼠的睪丸組織則發(fā)育成雌性小鼠的性器官-卵巢組織，從而表現(xiàn)為典型的性逆轉(zhuǎn)現(xiàn)象，臨床上將這類遺傳性疾病稱為斯威爾氏綜合征；而如果人為地將SRY基因?qū)氪菩孕∈篌w內(nèi)，相反則導(dǎo)致雌性小鼠的卵巢組織進(jìn)而發(fā)育為雄性小鼠的睪丸組織，即出現(xiàn)雌性向雄性發(fā)育的性逆轉(zhuǎn)現(xiàn)象。這些研究進(jìn)展充分證明SRY基因是決定哺乳動(dòng)物雄性哺乳動(dòng)物生殖器官-睪丸發(fā)育的關(guān)鍵基因，因此，SRY基因又被稱作睪丸決定因子(testis determining factor,TDF)。

人類的SRY基因定位在雄性Y染色體的短臂上(Yp113)，長(zhǎng)約850 bp，其僅含有一個(gè)單外顯子。SRY基因的結(jié)構(gòu)：其含有一個(gè)多聚腺苷酸尾巴、兩個(gè)轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)，中間為開放閱讀框；SRY基因編碼一個(gè)含有204個(gè)氨基酸的蛋白質(zhì)，稱為SRY蛋白。 SRY蛋白包含一段79個(gè)氨基酸的高保守區(qū)——高泳動(dòng)組盒基序(high mobility group box motif，HMG box motif，HMG盒)，其在不同哺乳動(dòng)物物種間具有高度同源性，例如人類和牛的SRY基因的HMG盒同源性高達(dá)84%。大量研究證實(shí)哺乳動(dòng)物雄性生殖器官正常發(fā)生的前提是SRY基因功能的正常發(fā)揮。同時(shí)，哺乳動(dòng)物SRY基因自身的表達(dá)又受到諸如激素等許多表觀因素的影響。研究證實(shí)SRY基因功能發(fā)揮具有時(shí)序特異性，其在雄性胚胎和胎兒的發(fā)育過程中即雄性生殖器官產(chǎn)生的不同階段其甲基化程度明顯不同。

研究發(fā)現(xiàn)，哺乳動(dòng)物的Y染色體上除SRY基因這個(gè)重要的雄性性別決定基因外，同時(shí)，在Y染色體還含有相關(guān)與性別決定調(diào)控的重要基因，如Zfy1、Zfy2、Ube1y1、Eif2s3y、Ddx3y、Usp9y、Kdm5d、Uty、Rbmy、Sly及Srsy等。2003年，全基因組測(cè)序研究發(fā)現(xiàn)，至少存在有6個(gè)編碼哺乳動(dòng)物雄性睪丸決定的關(guān)鍵基因[4-5]。在小鼠的Y染色體上，決定正常精子形成至少需要SRY和Eif2s3y這2個(gè)基因[11]。

2.2 常染色體基因調(diào)控

除在Y染色體上發(fā)現(xiàn)雄性決定的特異性基因SRY外，科學(xué)家在哺乳動(dòng)物的常染色體上也發(fā)現(xiàn)了一些與性別決定相關(guān)的重要基因，如定位在小鼠17號(hào)染色體上的SOX9 (17q24)基因，目前在哺乳動(dòng)物常染色體上已發(fā)現(xiàn)了一批與性別決定相關(guān)的特異性基因，如DAX1、SOX9、MIS、WT1及SF1等參與了哺乳動(dòng)物的胚胎性別決定中從未分化原始生殖嵴向兩性內(nèi)生殖器官——睪丸或卵巢形成和決定的過程[15]。

2.2.1 SOX 9基因 SRY相關(guān)HMG盒(SRY-related HMG box 9，SOX9)基因在哺乳動(dòng)物的性別決定中發(fā)揮重要生物學(xué)功能。哺乳動(dòng)物的雄性性別依賴于SRY基因介導(dǎo)上調(diào)SOX9基因在雄性性腺的表達(dá)，SOX9是SRY的主要下游靶基因。一系列試驗(yàn)證實(shí)SOX9的表達(dá)與雄性性腺發(fā)育中的支持細(xì)胞的分化密切相關(guān)，是雄性性別決定的一個(gè)非常重要的調(diào)控基因。SOX9 表達(dá)水平對(duì)性別決定起關(guān)鍵作用[15]。人類的SOX9基因與SRY的同源性達(dá)71%，它位于17q24.3-q25.1區(qū)域，含有一個(gè)HMG盒。當(dāng)人類SOX9突變時(shí)，表現(xiàn)為骨畸形綜合征，同時(shí)75%患者伴有XY向女性的性反轉(zhuǎn)現(xiàn)象。體內(nèi)外結(jié)合一系列試驗(yàn)證明SOX9蛋白是一種轉(zhuǎn)錄激活子，其可以激活抗苗勒管激素基因和Ⅱ型膠原蛋白基因[6]。SOX9蛋白含有很多磷酸化位點(diǎn)，參與調(diào)節(jié)SOX9結(jié)合DNA 核運(yùn)輸及轉(zhuǎn)錄激活等重要生物學(xué)功能。SOX9,GATA4和 DMRT1等共同協(xié)調(diào)決定睪丸Sertoli細(xì)胞的特化和發(fā)育。TRIM28可作為SOX9的一個(gè)新伴侶共同決定睪丸的發(fā)育。在SRY缺乏時(shí)，如能激活SOX9，也能決定起始雄性性別形成。SOX9基因在哺乳動(dòng)物性別決定階段可以作為睪丸分化決定的關(guān)鍵因子，對(duì)早期睪丸發(fā)育是必需的，同時(shí)其在雄性動(dòng)物的精子發(fā)生的維持中也發(fā)揮重要作用。

雄性性別決定于Y染色體上的SRY基因，其促進(jìn)SOX9表達(dá)，進(jìn)一步促進(jìn)FGF9和FGFR2表達(dá)；同時(shí)，F(xiàn)GF9和FGFR2表達(dá)又抑制WNT4及其下游的B-catenin、FOXL2和相關(guān)雌性性別決定基因的表達(dá)，決定了雄性性別的正常形成。SOX9必須被運(yùn)送到細(xì)胞核內(nèi)以結(jié)合靶基因，進(jìn)而發(fā)揮轉(zhuǎn)錄因子的生物學(xué)功能。SOX9基因可以調(diào)控特定基因的表達(dá)，其功能異常會(huì)造成哺乳動(dòng)物的雄性性腺發(fā)育異?；?qū)е缕鋁Y性向雌性逆轉(zhuǎn)的現(xiàn)象[6]。FGF9信號(hào)通過抑制卵巢的 WNT信號(hào)進(jìn)而維持SOX9表達(dá)。這些研究表明哺乳動(dòng)物的雄性性別決定和生殖器官形成是一個(gè)多基因相互網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)作用的復(fù)雜生物學(xué)過程[16-23]。

2.2.2 WT1基因 Wilms tumor gene 1 (WT1)基因定位于11p13，其通過選擇性剪切及不同的起始翻譯位點(diǎn)，產(chǎn)生24種蛋白異構(gòu)體。WT1表達(dá)于其人類未分化的生殖嵴和睪丸分化的性索，其在性腺早期發(fā)育和向睪丸分化時(shí)發(fā)揮了重要作用。在人類，WT1基因的突變可引起多種包括性腺和腎臟發(fā)育異常的疾病，例如Denys-Drash綜合征(DDS)、Wilms瘤、Frasier綜合征等。Frasier綜合征表現(xiàn)為雙側(cè)性腺發(fā)育不良及腎臟疾病，其常導(dǎo)致形成索狀性腺。Matsuzawa-Watanabe等發(fā)現(xiàn)WT1與SRY發(fā)揮協(xié)同調(diào)控作用，激活轉(zhuǎn)錄WT1，能編碼含鋅指結(jié)構(gòu)的特異性轉(zhuǎn)錄因子，后者與特異DNA序列結(jié)合通過WT1的不同異構(gòu)體，可產(chǎn)生多種蛋白異構(gòu)體。其中一種可以與SF1形成異二聚體，進(jìn)而刺激MIS的表達(dá)增加，WT1突變會(huì)導(dǎo)致哺乳動(dòng)物雄性永久性苗勒管癥。

2.2.3 SF1基因 Steroidogenic factor 1 (SF1) 基因定位在9q33，包含2個(gè)鋅指結(jié)構(gòu)，調(diào)控與DNA的特異性結(jié)合。SF1基因是孤核激素受體家族的成員之一，它參與調(diào)控哺乳動(dòng)物個(gè)體的類固醇生成、雄性性別分化等生殖發(fā)育過程中諸多基因的轉(zhuǎn)錄。研究發(fā)現(xiàn) SF1發(fā)生變異常引起哺乳動(dòng)物的腎上腺發(fā)育不良、性腺發(fā)育障礙。在哺乳動(dòng)物雄性睪丸的支持細(xì)胞和間質(zhì)細(xì)胞，均可以表達(dá)SF1蛋白。

2.2.4 DAX1基因 DAX1 (dosage-sensitive sex reversal,adrenal hypoplasia critical region,on chromosome X,gene 1)基因是一個(gè)抗睪丸因子，它的表達(dá)可能早于SRY基因[24]。DAX1基因通過抑制SF1及WT1，在性別分化過程中發(fā)揮協(xié)同調(diào)控作用，從而阻止具有雙向分化潛能的哺乳動(dòng)物早期生殖嵴向雄性睪丸組織分化。研究發(fā)現(xiàn)DAX1基因通過破壞WT1基因的功能，進(jìn)而遏制SRY基因的表達(dá)，并通過核受體共抑制物來抑制SF1基因的轉(zhuǎn)錄激活功能。在人類睪丸分化前后，檢測(cè)到DAX1基因的低水平表達(dá)，在出現(xiàn)支持細(xì)胞的睪丸組織表達(dá)明顯。DAX-1與SRY基因相互抑制，而雙倍量的DAX-1基因表達(dá)可引起XY雄性患者向雌性性反轉(zhuǎn)。

2.2.5 DMRT1基因 DMRT1(doublesex and mab-3 related transcription factor)基因位于小鼠常染色體的9p內(nèi)側(cè)，DMRT1敲除會(huì)引起小鼠性分化異常。DMRT1基因與MAB-3和DSX同源，研究證實(shí)DMRT1、MAB-3和DSX僅在胚胎生殖嵴上表達(dá)[9-10]。Dmrt1在哺乳類、鳥類、爬行類、線蟲和果蠅等多種物種中廣泛存在,是已知的最為保守的一個(gè)與哺乳動(dòng)物性別分化相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子。在各種物種的DMRT 1基因中，都具有一個(gè)保守的DM結(jié)合域。DMRT 1基因在哺乳動(dòng)物性別分化期的雄性性腺及雄性成年個(gè)體的精巢中特異性表達(dá)，對(duì)于哺乳動(dòng)物雄性性腺的形成和功能維持具有重要作用。研究證實(shí)DMRT 1是哺乳動(dòng)物精原干細(xì)胞維持的必需關(guān)鍵因子[25]。

2.3 信號(hào)分子編碼基因

2.3.1 AMH基因 抗苗勒氏管激素 (anti-Müllerian hormone，AMH)基因由哺乳動(dòng)物雄性睪丸組織的支持細(xì)胞分泌。AMH基因的表達(dá)受到轉(zhuǎn)錄因子SOX9的直接調(diào)控，SOX9基因結(jié)合在AMH基因鄰近啟動(dòng)子的SOX樣位點(diǎn)，協(xié)同SF1與WT1一起直接激活A(yù)MH基因的表達(dá)。 AMH基因突變則會(huì)引起哺乳動(dòng)物永久性苗勒氏管綜合征的發(fā)生。

2.3.2 Wnt-4基因 Wnt-4基因是Wnt家族最重要的性別決定基因，其編碼的蛋白可以調(diào)控哺乳動(dòng)物雌性性器官的發(fā)育和阻止雄性睪丸的形成。Wnt-4基因在哺乳動(dòng)物的中腎表達(dá)并參與其性腺發(fā)育，在睪丸中它與SRY基因共同調(diào)節(jié)下游基因的表達(dá)；而在哺乳動(dòng)物的卵巢中其持續(xù)性表達(dá)，同時(shí)在苗勒氏管中也發(fā)現(xiàn)有Wnt-4編碼的蛋白表達(dá)。 Wnt-4基因?qū)Σ溉閯?dòng)物胚胎雌雄兩性原始苗勒氏管的正常發(fā)育具有重要的決定性作用[26]。Wnt-4基因抑制睪丸間質(zhì)細(xì)胞的分化，誘導(dǎo)雌性卵巢的形成，過表達(dá)Wnt-4基因進(jìn)而上調(diào)DAX1的表達(dá)水平，導(dǎo)致雌性表型形成。雌性大鼠的Wnt-4基因如果發(fā)生突變，則導(dǎo)致其卵巢發(fā)生雄性化、間質(zhì)細(xì)胞分泌雄激素、進(jìn)而中腎管分化以及苗勒氏管缺失等。WNT/RSPO 信號(hào)與 FOXL2協(xié)同決定哺乳動(dòng)物的雌性性腺向雌性性器官發(fā)育。β-catenin (CTNNB1)信號(hào)的抑制對(duì)于雄性Sertoli細(xì)胞的發(fā)育具有重要作用。在Sertoli細(xì)胞超表達(dá)CTNNB1，Sertoli細(xì)胞會(huì)向顆粒樣細(xì)胞分化，CTNNB1通過與FOXL2啟動(dòng)子區(qū)的Tcf/Lef 特定位點(diǎn)結(jié)合引起Foxl2表達(dá)；而在Sertoli細(xì)胞超表達(dá)Foxl2，引起Sertoli細(xì)胞相關(guān)基因特異性下調(diào)[16]。

2.4 相關(guān)調(diào)控基因

在研究哺乳動(dòng)物性別決定的調(diào)控中，近年來只發(fā)現(xiàn)了很小的一部分基因，而且多數(shù)只是發(fā)現(xiàn)了其與性別決定相關(guān)，尚不清楚其到底如何精確發(fā)揮作用。另外，發(fā)現(xiàn)一些位于哺乳動(dòng)物X染色體上的基因，其在睪丸發(fā)育中也具有重要作用。如在DNA解旋酶中發(fā)揮重要作用的XH2編碼的解旋酶，其能使DNA更容易接近轉(zhuǎn)錄因子。也有研究發(fā)現(xiàn)，在Foxl3基因敲除的青鳉中，雌性的卵巢生成了精子，且生成的精子功能正常，被證實(shí)可以繁殖出正常后代[27]。FGF9和其受體(FGFR2)在雄性性別決定中也發(fā)揮重要作用[28]。

3 調(diào)控哺乳動(dòng)物雄性性別決定的激素

SRY基因決定了哺乳動(dòng)物的雄性性器官的正常發(fā)育，然而SRY主要是通過調(diào)控相關(guān)基因的時(shí)序性、特異性表達(dá)，進(jìn)而通過影響生殖調(diào)控相關(guān)激素的產(chǎn)生和分泌，進(jìn)一步來決定雄性生殖器官的發(fā)育[16]。如果由于各種原因引起生殖調(diào)控激素合成障礙或其功能發(fā)揮異常(如其受體缺陷)等原因，如FSH、LH、雌激素(E2)和睪酮(T)及其受體等的表達(dá)水平也會(huì)影響哺乳動(dòng)物的雄性生殖器官的特化和發(fā)育，嚴(yán)重時(shí)引起雄性生殖器發(fā)育障礙或畸形。研究發(fā)現(xiàn)，生殖激素在哺乳動(dòng)物雄性性別決定中發(fā)揮著極其重要的作用[11]，哺乳動(dòng)物的生殖腺如果開始向雄性睪丸方向分化，相關(guān)雄性生殖激素如睪酮的合成和分泌對(duì)于雄性胎兒的最終雄性化-睪丸形成和精子發(fā)生是非常必需的[7,11]。

睪酮、抗苗勒氏管激素(MIS)和胰島素-3(Insl3)等3 種激素決定了哺乳動(dòng)物雄性生殖器的雄性化。雄性睪丸間質(zhì)細(xì)胞分泌的睪酮對(duì)于哺乳動(dòng)物睪丸的正常形成和雄性化的維持具有重要的作用；MIS主要在雄性胎兒和青春期前的支持細(xì)胞中特異性表達(dá)，其是一種分子質(zhì)量約為140 ku的同源二聚體糖蛋白，可以引起副中腎管退化，進(jìn)一步通過抑制作用促進(jìn)雄性化生殖器官的發(fā)育；Insl3，又名松弛素樣因子，是由哺乳動(dòng)物睪丸間質(zhì)細(xì)胞分泌的胰島素樣激素，其突變會(huì)造成睪丸引帶發(fā)育的異常，從而發(fā)生雙側(cè)隱睪的生物學(xué)現(xiàn)象。

研究發(fā)現(xiàn)，胰島素家族的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)對(duì)于哺乳動(dòng)物雄性的性別決定發(fā)揮著尤為重要的調(diào)控作用。其中胰島素受體酪氨酸激酶家族包括3類，即胰島素受體(Ir)、胰島素受體相關(guān)受體 (Irr)和胰島素樣生長(zhǎng)因子 1 受體(Igf1r)。研究證實(shí)這3類胰島素受體對(duì)于哺乳動(dòng)物雄性生殖腺的形成和發(fā)育是必需的，如果將小鼠體內(nèi)的這3個(gè)基因剔除，那么具有XY型染色體的雄性小鼠則會(huì)發(fā)育出雌性生殖腺-卵巢組織，進(jìn)一步表現(xiàn)出雌性的性特征。研究還發(fā)現(xiàn)，Ir、Irr和Igf1r敲除后的小鼠，其2個(gè)雄性特異性基因SRY和SOX9 的表達(dá)也相應(yīng)減少，表明胰島素受體家族在哺乳動(dòng)物性別發(fā)育的早期就發(fā)揮著非常重要的調(diào)控作用。另外，一些生長(zhǎng)因子如轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β(TGF-β)對(duì)生殖細(xì)胞的遷移、增殖和特化具有重要作用，其也決定著哺乳動(dòng)物雄性生殖器官的發(fā)生是否能夠正常[28]。

4 小結(jié)與展望

一系列研究證實(shí)，哺乳動(dòng)物的雄性性別決定是一個(gè)多基因、多步驟的時(shí)序性精密調(diào)控過程,而通過SRY介導(dǎo)上調(diào)SOX9的表達(dá)是雄性性別決定的關(guān)鍵[22]。染色體的正常是性別決定的基礎(chǔ)，而環(huán)境和表觀因素決定了性別決定相關(guān)基因能否正常表達(dá)的條件和誘因，在畜牧生產(chǎn)中，我們可以通過改進(jìn)營(yíng)養(yǎng)和管理水平，提高家畜的繁殖和發(fā)育，一定意義上就是通過外界調(diào)控改進(jìn)了畜禽的基因表達(dá)水平。

在哺乳動(dòng)物雄性性別決定和行程過程中可能涉及到多種復(fù)雜因素的協(xié)同網(wǎng)絡(luò)調(diào)控作用，任何基因和外在影響因素的異常都會(huì)影響哺乳動(dòng)物雄性生殖器官的正常發(fā)育和性特征的保持[11]。如突變SRY基因5′側(cè)的Sp1結(jié)合位點(diǎn)，可能會(huì)導(dǎo)致雄-雌性性反轉(zhuǎn)，Song等應(yīng)用CRISPR/Cas9通過特異性基因修飾的方法特異性敲除掉SRY-Sp1，獲得性反轉(zhuǎn)的SRY-Sp1敲除兔，其內(nèi)外生殖器表現(xiàn)為雌性，并出現(xiàn)雌性交配行為，但成年兔不育，卵巢上的卵泡減少[29]。證實(shí)Sp1為SRY轉(zhuǎn)錄水平的重要調(diào)控子，該研究對(duì)畜牧業(yè)和臨床醫(yī)學(xué)均有很好的啟發(fā)作用。最新研究表明，F(xiàn)GFR2c介導(dǎo)抑制 WNT4和 FOXL2啟動(dòng)的卵巢方向分化，進(jìn)而決定雄性性腺發(fā)育。利用胚胎干細(xì)胞向配子分化模型取得重進(jìn)展，如bone morphogenetic protein (BMP，骨形成蛋白) 和RA (維甲酸)協(xié)同會(huì)誘導(dǎo)胚胎干細(xì)胞源原始生殖細(xì)胞(PGCs)向胎兒原始卵母細(xì)胞分化[18]。對(duì)這些問題的深入研究有利于認(rèn)識(shí)哺乳動(dòng)物生殖細(xì)胞發(fā)育和性別決定這些基本關(guān)鍵問題，如對(duì)性分化的起源、性染色體的進(jìn)化、減數(shù)分裂的起始及生殖醫(yī)學(xué)臨床相關(guān)疾病的診斷和治療等的深入認(rèn)識(shí)等[17]。雄性性別決定基因Sry的正常表達(dá)取決于H3K9去甲基化酶Kmjd1a和H3K9甲基化轉(zhuǎn)移酶-GLP/G9a復(fù)合體的活化平衡[19]。CBP/p300通過介導(dǎo)Sry基因組蛋白乙?；瘉頉Q定性別，通過表觀等方式?jīng)Q定哺乳動(dòng)物的性別[30]。此外，環(huán)境污染也可能影響人類及家畜的生殖力和雄性特征維持，已有報(bào)道發(fā)現(xiàn)雄性生殖力下降可能與環(huán)境污染有一定相關(guān)性，解析其引起雄性生殖力下降的細(xì)胞和分子生物學(xué)機(jī)理有利于人類社會(huì)的協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展，也能加快優(yōu)良品種畜禽的繁育，尤其是能促進(jìn)選擇具有重要經(jīng)濟(jì)價(jià)值的性別畜禽的培育[20-21]。相信隨著進(jìn)一步的深入研究，借助現(xiàn)代基因組學(xué)、功能基因組學(xué)、表觀組學(xué)和現(xiàn)代細(xì)胞和分子生物學(xué)等新進(jìn)展，必將能解析哺乳動(dòng)物雄性性別決定的謎底，從而大大促進(jìn)哺乳動(dòng)物生殖細(xì)胞發(fā)生、胚胎發(fā)育、器官形成、男性學(xué)及畜牧業(yè)生產(chǎn)中定向培育和選育優(yōu)良品種等研究領(lǐng)域的快速發(fā)展[31-35]。

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