尿道下裂的基因特點及其研究進展

王欣，吳勇，孟慶婭，關勇

尿道下裂（hypospadias）是指在胚胎發(fā)育過程中，陰莖結構不完全閉合，尿道口沿陰莖腹側(cè)移位形成畸形。男性新生兒尿道下裂的發(fā)病率為5‰～8‰，且呈上升趨勢，是發(fā)病率僅次于隱睪的先天性睪丸未降畸形（undescended testis）[1]。法國人Barcat按矯正下彎后尿道口退縮的位置對尿道下裂進行分型，分為前段型（尿道口位于陰莖頭腹側(cè)面，正常尿道口的下端或冠狀溝）、中段型（尿道口位于陰莖干）及后段型（尿道口位于陰莖根部及陰囊之間、陰囊、會陰）[2]。這種分類和評估方式雖然簡單，但是并沒有將組織發(fā)育不良、陰莖大小、龜頭大小及尿道板數(shù)量、海綿體分裂程度及陰囊異常等這些對矯正術有重要影響的因素考慮進去，因此，更加詳細的分類也只有在術中才能完成。與尿道下裂相關的綜合征約有200多種，主要包括腎母細胞瘤、無虹膜、泌尿生殖系統(tǒng)畸形及精神發(fā)育遲滯[3]。目前，研究發(fā)現(xiàn)多種因素均與尿道下裂有關，包括遺傳因素、產(chǎn)前激素不足、母體胎盤因素及環(huán)境影響，因此，尿道下裂往往是多因素結合的產(chǎn)物[4]。從基因及遺傳因素分析，尿道下裂具備明顯的家族聚集性，7%的患兒會影響第一、第二或第三代親屬。其中，前段性和中段性的遺傳易感性表現(xiàn)得更為明顯[5]。尿道下裂受父母雙方等同的遺傳影響，約占57%～77%[6]。30%的尿道下裂可以找到明確的遺傳因素[7]?，F(xiàn)對近年尿道下裂分子遺傳研究的進展進行綜述。

1 尿道下裂直接相關的染色體異常

目前已有報道提出，許多睪丸發(fā)育異?？赡茉斐尚韵侔l(fā)育不良，例如Swyer綜合征。因此，睪丸發(fā)育相關的遺傳因素改變，可能也是尿道下裂的病因之一。有研究顯示，WT1（wilms tumor 1）基因雜合突變與嚴重的尿道下裂及生殖器畸形有關[8]。SF1基因是一類由NR5A1編碼的轉(zhuǎn)錄因子，位于染色體9q33.3，屬于NR5A家族，是參與性腺、腎上腺、下丘腦發(fā)育的關鍵轉(zhuǎn)錄因子。SF1突變導致性別障礙、腎上腺皮質(zhì)功能不全、無精及尿道下裂，與孤立尿道型下裂有關[9]。SOX9、DMRT1和GATA4在性腺發(fā)育成睪丸前就開始發(fā)揮功能，且其基因遺傳的改變可能與包括嚴重尿道下裂在內(nèi)的男性性發(fā)育障礙（disorders of sex development，DSD）有關。其中SOX9及其調(diào)控區(qū)域突變會影響睪丸發(fā)育，繼而導致DSD。進一步檢測顯示，SOX9蛋白在尿道板上皮、包皮腺、陰莖海綿體和腹壁外胚層中均有表達，在小鼠模型中調(diào)控其表達可能改善尿道下裂的情況[10]。此外，有約7%的尿道下裂患兒可檢測出性染色體異常（例如Krimelelter綜合征、48，XXYY） 及其他嵌合突變 [如45，X/46，XYq－、45，X/46，Xidic（Yp）、45，X/69，XXY等][11]。

2 與尿道下裂直接相關的基因突變

越來越多的研究者開始關注尿道下裂與基因突變之間的關系，然而，隨著研究的不斷深入，仍有許多重要基因的功能值得探索。目前，后段型尿道下裂更傾向于是一種單基因突變疾病，而前段型的病因則常伴有多基因突變或多種其他因素[6]。

影響男性外生殖器發(fā)育的三大途徑包括雄激素非依賴型、雄激素依賴型、內(nèi)分泌及環(huán)境因素[12]。在生殖結節(jié)發(fā)育的早期，雄激素非依賴型途徑是最重要的激活途徑，同時此途徑依賴于骨形成蛋白（bone morphogenetic protein，BMP）、Wnt5a（winglesstype MMTV integration site family member 5A）、成纖維細胞生長因子（fibroblast growth factor，F(xiàn)GF）、SHH（sonic hedgehog）以及同源盒基因A（homeobox A，HOXA）的功能[13]。

陰莖的發(fā)育需要HOXA、HOXB、HOXD基因的參與，敲除小鼠這些基因均會誘發(fā)生殖器發(fā)育缺陷[14]。其中，HOXA4和HOXB6是中國人群中最常見的突變基因，此外，還檢測出BMP4和BMP7的基因突變[15]，HOXA13突變常出現(xiàn)于手足生殖器綜合征（hand-foot-genital syndrome，HFGS）人群[16]。一些特有的FGF基因家族成員與生殖器官發(fā)育有關，有研究在動物模型試驗中發(fā)現(xiàn)HOXA13通過BMP7和FGF8調(diào)節(jié)雄激素受體（androgen receptor，AR）表達和平滑肌血管生成[17]，還有研究在小鼠動物模型中發(fā)現(xiàn)FGF10與雄激素信號有關[18]。有研究表明SHH表達于尿道板上皮細胞，在生殖器發(fā)育中發(fā)揮重要作用，參與細胞生長分化[19]。

3 尿道下裂相關激素合成及功能障礙的基因

越來越多的證據(jù)表明，雄激素合成或者AR及其信號通路異常與尿道下裂密切相關。如5α-脫氫酶Ⅱ，可以將睪酮轉(zhuǎn)化為脫氫睪酮，在一些嚴重的尿道下裂并伴有其他生殖系統(tǒng)畸形的患者中，可以檢測到相關基因SRD5A2的突變[20]。

黃體生成激素受體（luteinizing hormone receptor，LHR）基因的改變與尿道下裂及小陰莖有關[21]。3β-羥基類固醇脫氫酶功能障礙導致睪丸、腎上腺功能異常，最終造成尿道下裂及腎上腺功能障礙，這類患兒往往伴有高水平的脫氫表雄酮和17-羥基孕烯醇酮[22]。還有一些少見的基因缺陷，如STAR和CYP11A1，由于此類基因缺陷導致嚴重的去雄激素化。此類尿道下裂患兒常伴有17α-羥化酶或CYP11A1氧化還原酶的缺乏[23]。總之，激素相關基因異常所導致的尿道下裂約占全部患兒的20%[24]。

4 尿道下裂與雄激素抵抗

AR基因定位于X染色體上，介導雄激素的生物功能[25]，其表達貫穿于陰莖和尿道發(fā)育的全過程。在尿道下裂患兒中，研究者檢測出睪酮（testosterone）和二氫睪酮（dihydrotestosterone，DHT）與AR的結合能力下降，進一步研究顯示，此類患兒存在嚴重的AR基因突變[15]。此類患兒血漿中睪酮水平往往是正常的，但其對雄激素的敏感性下降。除了基因突變，AR基因氨基端多聚谷氨酰胺重復域的長度也會影響AR的轉(zhuǎn)錄激活，其中被CAG重復編碼的較長的多聚谷氨酰胺重復序列增加尿道下裂的風險[26]。

AR基因異常是染色體正常的嚴重性DSD患者的經(jīng)典突變基因。然而，仍有約3%的單純尿道下裂患兒存在此基因突變[27]。即使是很小的突變形式，已經(jīng)可能造成嚴重的生殖器畸形或者孤立性不孕。還有更多的AR突變型尚待研究，辨別這些AR突變的生物學意義有助于揭示激素水平與這些患兒性成熟的關系，同時向父母提供準確的遺傳咨詢信息。

5 尿道下裂相關的其他基因突變

有許多其他的基因與尿道下裂有關。通過全基因組測序和病例對照研究發(fā)現(xiàn)，編碼甘油二酯激酶K的DGKK基因的2個單核苷酸多態(tài)性（SNP）位點（rs1934179和rs7063116）與尿道下裂密切相關[6]。特定的等位基因可以使尿道下裂的發(fā)病風險增加1倍，然而DGKK基因的功能和作用還有待進一步研究。在小鼠模型中，DGKK基因參與了尿道板和周圍間質(zhì)細胞的分化[28]，當此類遺傳變異與環(huán)境因素，特別是農(nóng)藥暴露相結合時，顯著增加了尿道下裂的風險[29]。

MAMLD1（mastermind-like domain containing 1）是近年發(fā)現(xiàn)的性發(fā)育障礙主要致病基因，其主要的臨床表現(xiàn)為尿道下裂[30]。大量體外實驗提示，MAMLD1突變影響性發(fā)育關鍵時期的睪酮分泌，從而產(chǎn)生尿道下裂等性發(fā)育障礙，MAMLD1基因也是目前的研究熱點。

ATF3也是尿道下裂的熱點基因，其在尿道下裂患兒皮膚中的表達顯著高于正常兒童[31]。其mRNA的表達量受小鼠雌激素水平調(diào)節(jié)。尿道下裂患兒包皮中ATF3蛋白表達量遠高于正常兒童。在體外試驗中，乙炔雌二醇激活ATF3啟動子及下游序列的表達，同時，尿道下裂患兒也被檢測出了多種ATF3基因的變異，而正常兒童尿道中不表達ATF3基因[32]。當然，盡管有證據(jù)提示ATF3基因與尿道下裂有關，其具體的功能和變異仍需要進一步研究。

6 結語和展望

大多數(shù)情況下，尿道下裂是基因及多種因素共同作用的產(chǎn)物，例如新生兒低體質(zhì)量、母親高血壓、子癇前期、抗癲癇藥物和糖尿病等。而與尿道下裂有關的基因包括BMP、FGF、HOXA、SRD5A2、CYP11A1等。此外，還有一些嚴重的綜合征與尿道下裂相關，例如HOXA13基因突變引起的HFGS等。盡管目前有許多研究發(fā)現(xiàn)了大量尿道下裂相關基因，但仍需大樣本病例對照研究來明確這些標志物的診斷效能及生物學意義。同時，隨著測序技術的發(fā)展，外顯子或者全基因組測序也將揭示基因與基因、基因與環(huán)境的相互作用，更好地探索尿道下裂的分子機制，從而探尋合適分子標記物及治療干預的靶點。