多囊卵巢綜合征的易感基因分析

張 婕，桂 娟，徐天星，徐望明

(武漢大學(xué)人民醫(yī)院生殖醫(yī)學(xué)中心，武漢 430060)

多囊卵巢綜合征(polycystic ovary syndrome，PCOS)是絕經(jīng)前婦女最常見的生殖內(nèi)分泌和代謝紊亂性疾病，在育齡期女性中的發(fā)病率為5%～20%[1-3]。PCOS是在無其他引起內(nèi)分泌改變的疾病的情況下，以雄激素升高、卵泡發(fā)育不良及排卵障礙為臨床特征的一種綜合征。PCOS的臨床癥狀包括多毛、高雄激素血癥、月經(jīng)紊亂、排卵障礙、多囊樣卵巢、肥胖和代謝紊亂等，其臨床表現(xiàn)和代謝并發(fā)癥具有廣泛的異質(zhì)性。流行病學(xué)資料顯示，PCOS 的發(fā)病率呈上升趨勢[4]。PCOS的病因尚未完全闡明，目前認(rèn)為PCOS的發(fā)病可能是一種復(fù)雜的多基因功能障礙，主要與表觀遺傳、飲食和生活方式等因素相關(guān)，其中遺傳因素被認(rèn)為是PCOS發(fā)病的主要原因[5-6]。遺傳學(xué)研究已經(jīng)確定超過200個(gè)可能與PCOS功能相關(guān)的易感基因，但是這些易感基因大部分并未得到充分證實(shí)[1]。PCOS是一種復(fù)雜的多基因疾病，因此用全基因組關(guān)聯(lián)研究(genome-wide association study，GWAS)來揭示PCOS 的遺傳發(fā)病機(jī)制更為合理[7-8]。GWAS是一種新的揭示復(fù)雜疾病遺傳學(xué)的基因組學(xué)方法，能夠通過檢索基因組中發(fā)生的單核苷酸變異來確定常見疾病的遺傳風(fēng)險(xiǎn)因素。GWAS已經(jīng)研究和發(fā)現(xiàn)了如連接蛋白家族成員1A(differentially expressed in normal and neoplastic cell domains 1A，DENND1A)、卵泡刺激素受體(follicle stimulating hormone receptor，F(xiàn)SHR)基因和黃體生成素/絨毛膜促性腺激素受體(luteinizing hormone/chorionic gonadotropin receptor，LHCGR)基因等新的PCOS熱點(diǎn)基因和候選基因，現(xiàn)對PCOS的遺傳易感基因及其研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 PCOS的家族聚集性

PCOS的發(fā)病機(jī)制尚未完全闡明，但由于PCOS存在家族群發(fā)現(xiàn)象，故認(rèn)為遺傳因素是PCOS的發(fā)病機(jī)制之一[9]。通過家族聚集和雙胞胎研究以及GWAS已經(jīng)證實(shí)PCOS與遺傳具有明顯的相關(guān)性，并且篩選出了幾種新的風(fēng)險(xiǎn)位點(diǎn)和候選基因。研究顯示，30%～50%PCOS患者的直系親屬也患有PCOS，Azziz和Kahsar-Miller[10]對PCOS患者的調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，PCOS患者親屬比正常人更易患PCOS。Vink等[11]在單卵雙胎和雙卵雙胎的研究中發(fā)現(xiàn)單卵雙胎均患PCOS的概率是雙卵雙胎的2倍。對以月經(jīng)稀發(fā)、痤瘡、多毛癥等為臨床表現(xiàn)的PCOS患者的研究也體現(xiàn)出PCOS的家族聚集性[12]。Kulshreshtha等[12]和Dadachanji等[13]研究也發(fā)現(xiàn)PCOS患者一級親屬患代謝綜合征、糖尿病、肥胖以及高血壓的風(fēng)險(xiǎn)增加。PCOS是育齡婦女生殖內(nèi)分泌失調(diào)的最常見原因，具有較強(qiáng)的遺傳特性[14]。PCOS雖有明顯的家族聚集性，但環(huán)境因素的差異性以及PCOS表現(xiàn)型多樣性等使PCOS的家系遺傳研究仍在探索中。有研究認(rèn)為PCOS的遺傳方式具有常染色體顯性遺傳特征，目前雖尚未發(fā)現(xiàn)這種特征有明顯的孟德爾遺傳模式，但是遺傳因素在PCOS的發(fā)生和發(fā)展中發(fā)揮著重要作用[15-16]。因此探究PCOS的遺傳易感基因十分重要。

2 PCOS發(fā)病相關(guān)的遺傳易感基因

根據(jù)以往對PCOS遺傳現(xiàn)象的研究發(fā)現(xiàn)以下主要遺傳易感基因。①類固醇合成基因CYP11α：CYP11α基因的高表達(dá)使PCOS患者雄激素水平比正常婦女高[17-18]；②胰島素基因：胰島素基因的多態(tài)性是PCOS遺傳基礎(chǔ)的重要因素，這種基因多態(tài)性部分解釋了PCOS的異質(zhì)性[19-20]；③促性腺激素相關(guān)基因：如性激素結(jié)合球蛋白、黃體生成素和卵泡抑素、雄激素受體(androgen receptor，AR)、雌激素β受體的編碼基因等；④甾體激素生物合成與代謝相關(guān)基因：如膽固醇側(cè)鏈裂解酶、17α羥化酶、17/20裂解酶以及芳香化酶的編碼基因等[21]；⑤其他相關(guān)基因，如轉(zhuǎn)化生長因子-β通路相關(guān)基因、炎癥相關(guān)基因、抵抗素基因和瘦素基因等[21-22]。目前研究者在以上相關(guān)基因中并未發(fā)現(xiàn)明確導(dǎo)致PCOS的主導(dǎo)基因。由于PCOS發(fā)病機(jī)制復(fù)雜多樣，PCOS的易感基因和發(fā)病機(jī)制仍需要進(jìn)一步研究和探索。

3 PCOS的候選熱點(diǎn)基因

近年來，隨著基因診療技術(shù)的不斷發(fā)展，研究者通過GWAS結(jié)合基因、轉(zhuǎn)錄、蛋白質(zhì)、代謝以及表觀遺傳等對PCOS數(shù)據(jù)庫的遺傳信息進(jìn)行綜合分析，篩選了很多與PCOS相關(guān)的候選熱點(diǎn)基因，篩選的PCOS的部分候選熱點(diǎn)基因有DENND1A、AR基因、胰島素受體(insulin receptor，INSR)基因，Yes相關(guān)蛋白基因，C9orf3(編碼C9orf3蛋白，M1鋅氨基肽酶家族的成員)，RAB5B基因(RAS癌基因家族成員)，高遷移率族蛋白A2基因，甲狀腺腺瘤相關(guān)蛋白(thyroid adenoma associated protein，THADA)基因，高遷移率家族蛋白成員3基因，小泛素類修飾基因假基因1，鋅指蛋白217基因，F(xiàn)SHR基因和LHCGR 基因等[22-23]。對于目前通過GWAS發(fā)現(xiàn)的可能候選基因在PCOS發(fā)病中的機(jī)制，仍需要更多的研究來證實(shí)，從而提高PCOS患者的診治水平及預(yù)測PCOS的危險(xiǎn)因素。

3.1DENND1A基因 DENND1A是編碼連接蛋白1A的基因，連接蛋白在正常和腫瘤細(xì)胞中存在差異表達(dá)，參與膜轉(zhuǎn)運(yùn)并可促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)吞和受體介導(dǎo)的轉(zhuǎn)運(yùn)。有文獻(xiàn)報(bào)道DENND1A的一個(gè)變異區(qū)與中國漢族PCOS患者的代謝綜合征有關(guān)[24]，但是DENND1A的表達(dá)差異如何影響PCOS的發(fā)生仍在進(jìn)一步探索中。DENND1A基因通過選擇性剪接產(chǎn)生兩個(gè)主要轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物：DENND1A變體1(DENND1A.V1)和DENND1A變體2(DENND1A.V2)。DENND1A在產(chǎn)生雄激素的卵巢卵泡膜細(xì)胞和腎上腺網(wǎng)狀帶組織中高表達(dá)，分別從正常女性和PCOS患者分離卵巢細(xì)胞進(jìn)行研究，結(jié)果表明PCOS患者卵泡膜細(xì)胞中DENND1A.V2 和CYP17A1表達(dá)增強(qiáng)，且這種表達(dá)增強(qiáng)與雄激素的合成增加，免疫組織化學(xué)顯示DENND1A.V2 主要在PCOS患者顆粒細(xì)胞和卵泡膜細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核中表達(dá)[25]。與正常女性卵泡膜細(xì)胞相比，PCOS患者卵泡細(xì)胞中DENND1A.V1表達(dá)的蛋白水平降低，并且PCOS卵泡細(xì)胞中DENND1A.V2與DENND1A.V1的轉(zhuǎn)錄水平高于正常女性。在CYP17 mRNA誘導(dǎo)雄激素生物合成增強(qiáng)之前，PCOS患者卵泡膜細(xì)胞中DENND1A.V2 mRNA表達(dá)水平已上調(diào)[26-27]。此外，在正常卵泡膜細(xì)胞誘導(dǎo)DENND1A.V2的表達(dá)，可使卵泡膜細(xì)胞CYP17A1和CYP11A1基因轉(zhuǎn)錄增加以及雄激素合成增多，從而誘導(dǎo)PCOS的發(fā)生。但這并不排除這種改變是DENND1A.V2與FSHR、LHCGR 和INSR的遺傳變體協(xié)同作用的結(jié)果[27]。迄今為止，對PCOS患者DENND1A.V2表達(dá)增加的遺傳機(jī)制尚未有明確解釋，由GWAS鑒定的DENND1A的單核苷酸多態(tài)性位于內(nèi)含子，但DENND1A單核苷酸多態(tài)性對PCOS的影響尚待證實(shí)。此外，全外顯子測序尚未鑒定PCOS中的DENND1A編碼區(qū)變體[28]。進(jìn)一步研究細(xì)胞表型發(fā)現(xiàn)，使用DENND1A.V2特異性抗體沉默PCOS患者卵泡細(xì)胞中DENND1A.V2的表達(dá)后，PCOS患者卵泡細(xì)胞轉(zhuǎn)化為正常表型的細(xì)胞[29]。因此探究DENND1A.V2在PCOS中表達(dá)的增加機(jī)制可以為DENND1A.V2作為PCOS的新型治療和診斷靶點(diǎn)提供理論依據(jù)。

3.2FSHR基因 FSHR基因位于染色體2p21上，包括10個(gè)外顯子和9個(gè)內(nèi)含子。卵泡刺激素通過與卵巢組織顆粒細(xì)胞表面的FSHR結(jié)合調(diào)節(jié)類固醇的合成，從而調(diào)節(jié)卵母細(xì)胞成熟和卵泡發(fā)育的過程[30]。雖然FSHR多態(tài)性可能對PCOS的易感性起促進(jìn)作用，但是目前并未證實(shí)FSHR多態(tài)性與PCOS易感性之間的確切關(guān)系[31]。目前僅有2種FSHR變體得到研究，荷蘭和日本的兩項(xiàng) PCOS 患者易感基因研究顯示，rs6165(T307A)和rs6166(N680S)是FSHR基因的兩種變體，與 PCOS 有關(guān)[22,30]。有研究顯示單核苷酸多態(tài)性rs6166的變種純合子可能增加PCOS的風(fēng)險(xiǎn)，但是有通過TaqMan等位基因鑒別分析377例PCOS患者和388名正常女性的研究發(fā)現(xiàn)這2種變體與PCOS 無明顯相關(guān)性[30]。有研究者使用相同基因分型方法的研究也未證實(shí)PCOS與FSHR變體的相關(guān)性[32]。單核苷酸多態(tài)性在FSHR基因中有以下兩種作用：①引起FSHR基因變異從而影響PCOS的易感性；②影響外源性FSHR在誘導(dǎo)排卵治療中的敏感性[31-33]。因此，F(xiàn)SHR基因多態(tài)性在PCOS中的作用需要進(jìn)一步研究，需要更多的數(shù)據(jù)來研究FSHR變體與PCOS易感性之間的關(guān)系。

3.3LHCGR基因 LHCGR基因編碼促黃體激素和人絨毛膜促性腺激素的G蛋白偶聯(lián)受體。在卵巢中，顆粒細(xì)胞分化過程中LHCGR誘導(dǎo)排卵前黃體生成素的波動(dòng)是導(dǎo)致排卵的必要條件。LHCGR基因的失活突變與黃體生成素水平升高有關(guān)[24]，而且LHCGR變異(rs7371084,rs4953616)在PCOS中表達(dá)顯著增加[33],這些都表明LHCGR基因變異與PCOS患者的排卵障礙有關(guān)。此外研究也表明，LHCG受體多態(tài)性與PCOS有關(guān)：TT基因型rs13405728變異型PCOS患者血清總睪酮、三酰甘油、低密度脂蛋白膽固醇水平高于CC和CT基因型PCOS患者，因此LHCG受體基因中的單核苷酸多態(tài)性rs13405728與PCOS的部分臨床特征有關(guān)[34]。LHCGR基因多態(tài)性最常見的是第1外顯子的第18位氨基酸缺失或存在兩個(gè)氨基酸插入(29%)，以及在291和312位置分別存在兩個(gè)可變氨基酸：291NS(10%)和312SN(45%)[30]；研究表明，外顯子10中的變體(rs12470652)導(dǎo)致影響糖基化的氨基酸被取代(291NS)并略微降低人絨毛膜促性腺激素的半數(shù)效應(yīng)濃度(EC50)，并與 PCOS 相關(guān)[35]，但這在其他的研究中未報(bào)道[36-37]。與291NS相比，外顯子10中靠近單核苷酸多態(tài)性位點(diǎn)的氨基酸被取代(312SN)，同樣可能與PCOS相關(guān)，但并不影響糖基化。目前第312位氨基酸被取代的功能意義尚未明確闡明[38]，因此LHCGR變體與PCOS之間的相關(guān)性還有待進(jìn)一步研究。

3.4AR基因 AR由一個(gè)保守性較差的N端結(jié)構(gòu)域組成，其中含有高度多態(tài)性的CAG重復(fù)序列[31]。有文獻(xiàn)報(bào)道AR基因的多態(tài)性CAG重復(fù)數(shù)與AR活性呈負(fù)相關(guān)，AR的CAG重復(fù)多態(tài)性與克羅地亞PCOS婦女的總睪丸激素水平呈正相關(guān)，因此AR的CAG重復(fù)多態(tài)性可能影響這些婦女的睪丸激素水平的變化而導(dǎo)致PCOS的易感性[39]。AR基因第1外顯子中較短的CAG重復(fù)多態(tài)性可上調(diào)AR活性或增加雄激素水平而提高PCOS的易感性，并且引起PCOS患者出現(xiàn)高雄激素亞型的癥狀如多毛癥、痤瘡和月經(jīng)周期不規(guī)則等[40]。研究表明，雖然目前尚未明確CAG重復(fù)長度是否與PCOS有關(guān)，但是CAG重復(fù)長度可能通過胰島素抵抗和影響睪酮的表達(dá)而間接影響PCOS的發(fā)生，并被認(rèn)為是PCOS 的獨(dú)立危險(xiǎn)因素[31]。CAG重復(fù)多態(tài)性有可能通過影響睪酮激素水平而增加?jì)D女PCOS的易感性，但尚無直接證據(jù)表明CAG重復(fù)多態(tài)性可以預(yù)測高雄激素血癥的臨床表現(xiàn)[41]。參與遺傳多態(tài)性調(diào)節(jié)的雄激素的合成的個(gè)體間差異可能是PCOS臨床表現(xiàn)存在差異的原因。除CAG重復(fù)外，也有研究表明，在中國女性中GGN重復(fù)多態(tài)性和rs6152G/a多態(tài)性也與PCOS密切相關(guān)[42]。因此，AR基因的CAG重復(fù)多態(tài)性和GGN重復(fù)多態(tài)性等可能會(huì)增加PCOS患者的高雄激素表型以及導(dǎo)致PCOS的遺傳異質(zhì)性，是調(diào)節(jié)PCOS的遺傳因素之一。

3.5其他基因 研究表明，INSR、Yes相關(guān)蛋白基因、C9orf3、RAB5B、高遷移率族蛋白A2編碼基因、高遷移率家族蛋白成員3基因、小泛素類修飾基因假基因1、鋅指蛋白217基因、THADA等候選熱點(diǎn)基因均與PCOS具有相關(guān)性，但這些基因的功能和作用機(jī)制有待進(jìn)一步研究[25]。GWAS顯示INRS基因與胰島素抵抗關(guān)聯(lián)性最強(qiáng)，酪氨酸激酶區(qū)域的突變的胰島素受體導(dǎo)致胰島素抵抗和嚴(yán)重高胰島素血癥[1]。有研究報(bào)道，INSR基因編碼酪氨酸激酶區(qū)17外顯子的1058位點(diǎn)有C和T基因的單核苷酸多態(tài)性，PCOS患者含有C等位基因者體質(zhì)指數(shù)高于含有T等位基因者[43]。已有研究發(fā)現(xiàn)，INRS不同外顯子的多態(tài)性變異為PCOS的危險(xiǎn)因素，但是研究結(jié)果不一致，因此INSR與PCOS的相關(guān)性有待進(jìn)一步研究[44]。另外，研究發(fā)現(xiàn)THADA基因的一種變體與歐洲婦女發(fā)生2型糖尿病有相關(guān)性，這些2型糖尿病的風(fēng)險(xiǎn)變體定位在THADA的一個(gè)單獨(dú)連鎖不平衡區(qū)域[45]。PCOS患者易患2型糖尿病與THADA的變體之間可能存在相關(guān)性，但是THADA基因的變體是否能導(dǎo)致PCOS尚待進(jìn)一步研究。除此之外，Yes相關(guān)蛋白基因、C9orf3、RAB5B、高遷移率族蛋白A2編碼基因、高遷移率族蛋白成員3基因、小泛素類修飾基因假基因1、鋅指蛋白217基因等基因與PCOS發(fā)病相關(guān)均有報(bào)道[25]，但其與PCOS 的相關(guān)性及具體功能和機(jī)制有待進(jìn)一步探索。

4 小 結(jié)

PCOS是世界范圍內(nèi)女性無排卵性不孕不育最常見的原因之一，5%～20%的育齡婦女受PCOS 影響[1]。PCOS的發(fā)病機(jī)制尚未完全闡明，其可能是遺傳和環(huán)境等多因素共同作用的結(jié)果，PCOS的病因復(fù)雜、個(gè)體間差異較大給PCOS的診治增加了難度。盡管GWAS已篩選出很多PCOS相關(guān)熱點(diǎn)基因，但由于PCOS的異質(zhì)性和復(fù)雜性，PCOS 遺傳發(fā)病機(jī)制尚未完全闡明，仍需大量的研究來驗(yàn)證熱點(diǎn)基因和候選基因與PCOS的相關(guān)性。多基因的共同作用導(dǎo)致PCOS的遺傳異質(zhì)性較大，相信隨著對PCOS的候選熱點(diǎn)基因網(wǎng)絡(luò)了解的深入，PCOS的易感基因和遺傳發(fā)病機(jī)制有望得到全面闡述，為PCOS的后續(xù)靶點(diǎn)治療提供理論依據(jù)。在考慮遺傳因素的同時(shí)，也應(yīng)考慮將環(huán)境因素納入研究PCOS的發(fā)病機(jī)制中。