中樞性性早熟遺傳學(xué)研究進(jìn)展

魏瑩 周潤(rùn)雪 牛婧婭

天津醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院兒科 300052

性早熟是指青春期發(fā)育年齡早于相應(yīng)種族預(yù)期平均年齡，低于平均值2～2.5個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差通常作為診斷閾值。中樞性性早熟(central precocious puberty，CPP)源于下丘腦-垂體-性腺(hypothalamic-pituitary-gonadal，HPG)軸啟動(dòng)。家族性CPP定義為兩個(gè)或多個(gè)家庭成員發(fā)生CPP。若中樞神經(jīng)系統(tǒng)先天性或獲得性病變和單基因性缺陷被排除時(shí)，即認(rèn)為是特發(fā)性中樞性性早熟(idiopathic central precocious puberty，ICPP)。迄今所有隊(duì)列研究女孩CPP患病率均高于男孩。丹麥一項(xiàng)研究估計(jì)，女孩性早熟(包括常見(jiàn)的變異以及CPP)患病率為0.2%，男孩小于0.05%[1]。中國(guó)性早熟總發(fā)病率為0.43%，女孩為0.48%，男孩小于0.38%[2]。

1 正常青春期啟動(dòng)

通常青春期發(fā)生在8～13歲女孩及9～14歲男孩中。已知青春期最早的生理事件是下丘腦脈沖式分泌促性腺激素釋放激素(GnRH)增加；青春期最早體征如男孩睪丸增大和女孩乳房增大，發(fā)生在GnRH首次分泌增加的幾個(gè)月到幾年之后[3]。青春期啟動(dòng)時(shí)間變異至少有3種潛在機(jī)制。首先，生殖內(nèi)分泌活動(dòng)最初出現(xiàn)的時(shí)間可能存在差異；其次，GnRH神經(jīng)元活性或下游信號(hào)事件的差異可能改變初始激活后生殖激素升高的速率，這種機(jī)制可以解釋基因如何參與GnRH神經(jīng)元的發(fā)育和遷移；第三，終末器官對(duì)生殖激素的反應(yīng)性可能不同，從而改變了青春期生理特征所需的生殖內(nèi)分泌活動(dòng)的“閾值”[4-5]。

研究顯示，青春期時(shí)間變異的60%～80%是由于遺傳因素引起[6]。如母女之間以及同族個(gè)體之間初潮年齡相似；單卵雙胞胎之間的青春期時(shí)序比雙卵雙胞胎或姐妹之間的青春期時(shí)序相關(guān)性更高[7]。許多小到中等規(guī)模的隊(duì)列研究發(fā)現(xiàn)了候選基因與青春期啟動(dòng)的關(guān)聯(lián)，同時(shí)不乏大規(guī)模的全基因組關(guān)聯(lián)研究(genome-wide association studies，GWAS)。

青春期發(fā)育由抑制性、刺激性和允許性因子在其上游共同協(xié)調(diào)控制。Kisspeptin是一種在下丘腦、腎上腺和胰腺中表達(dá)的肽激素，是GnRH誘導(dǎo)HPG軸活動(dòng)的有力刺激物。在每個(gè)Tanner階段，女孩kisseptin水平常高于男孩，這似乎能解釋女孩青春期更早于男孩[8]。Ieda等[9]的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證實(shí)GnRH(1-5)(一種GnRH代謝產(chǎn)物)-GPR101[GnRH(1-5)受體基因]信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通過(guò)間接激活kisspeptin神經(jīng)元促進(jìn)黃體生成素(LH)釋放，而谷氨酸能神經(jīng)元可能介導(dǎo)該信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，提供了kisspeptin和GnRH神經(jīng)元以及HPG軸相互作用的有力新證據(jù)。

人類(lèi)的GWAS不僅包括正常青春期啟動(dòng)的人群，也包括青春期過(guò)早和延遲的人群，并發(fā)現(xiàn)不同性別之間影響青春期啟動(dòng)的基因有明顯的重合部分，有些基因位點(diǎn)表現(xiàn)出不同的效應(yīng)甚至相反的效應(yīng)。Cousminer等[10]分析了這些性別特異性基因影響青春期開(kāi)始時(shí)間的潛在機(jī)制。并有研究表明，常見(jiàn)的基因變異更容易導(dǎo)致女孩青春期過(guò)早，男孩則容易出現(xiàn)青春期延遲[11]。

2 CPP單基因病因研究

2.1 Kisspeptin基因(KISS1)和KISS1R的激活突變導(dǎo)致CPP Teles等[12]研究確定了CPP患者第1個(gè)單基因缺陷，即KISS1R基因1個(gè)雜合激活突變(p.Arg386Pro)。攜帶該突變的女孩自出生起就出現(xiàn)乳房輕微增大，隨后呈線性生長(zhǎng)加速，骨骼成熟超前，并在7歲時(shí)表現(xiàn)更加顯著的第二性征。體外研究表明，該突變導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑對(duì)kisspeptin的反應(yīng)激活時(shí)間延遲。Silveira等[13]在KISS1中鑒定了一個(gè)雜合激活突變(p.Pro74Ser)。該變異是在一個(gè)1歲男孩CPP患者中發(fā)現(xiàn)的。他的母親和外祖母是同一基因突變的攜帶者，而她們青春期發(fā)育正常，表明該表型的性別依賴性外顯率不完全。體外研究發(fā)現(xiàn)，p.Pro74Ser突變具有更高的刺激信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的能力，從而導(dǎo)致kisspeptin的生物利用度更高。Ghaemi等[14]選擇25例家族性性早熟受試者，評(píng)估GPR54在家族性性早熟中的變異。在GPR54中檢測(cè)到3種不同的單核苷酸多態(tài)性(SNP)：13位受試者(52%)中存在rs10407968(24A>T)；16位受試者(64%)中存在 rs3050132(1091T>A)，并且在1位受試者(4%)中發(fā)現(xiàn)一個(gè)新的多態(tài)性(492C>G)，而3位受試者(12%)沒(méi)有SNP。 該研究中88%的受試者存在SNP，支持GPR54基因SNP與家族性性早熟可能存在關(guān)聯(lián)，而這種可能性以及這些多態(tài)性的潛在作用需要進(jìn)一步研究。在所描述的病例中，患者均是雜合子，這與家族性CPP的常染色體顯性模式一致。與CPP病例相關(guān)的KISS1R和KISS1的激活突變均有助于闡明kisspeptin途徑在生理?xiàng)l件下青春期控制中的作用。

2.2 印跡基因MKRN3的失活突變導(dǎo)致家族性CPP MKRN3位于印跡基因座15q11-q13，與蛋白質(zhì)泛素化有關(guān)。研究證明，它多泛素化NPTX1，這是另一種在青春期高度表達(dá)的功能未定的蛋白質(zhì)，由于多泛素化通常導(dǎo)致蛋白質(zhì)降解，NPTX1水平通常在青春期前保持較低水平，一旦MKRN3水平隨著青春期開(kāi)始下降，則NPTX2水平會(huì)升高[15]。MKRN3具有母體印跡，因此，患者僅在從父親那里繼承突變的等位基因時(shí)才出現(xiàn)CPP。

Abreu等[16]在2013年首次描述了MKRN3在CPP發(fā)病機(jī)制中的作用。對(duì)32例CPP患者(27例女性和5例男性)外顯子進(jìn)行測(cè)序，確定了來(lái)自5個(gè)CPP家庭的15名個(gè)體(8名女孩和7名男孩)，他們攜帶MKRN3失活突變。4個(gè)家庭有移碼突變，而第5個(gè)家庭有1個(gè)錯(cuò)義變異。研究者還發(fā)現(xiàn)，小鼠弓狀細(xì)胞核中MKRN3 mRNA水平在出生后第10天和第12天最高，隨后下降，第18～22天達(dá)到最低點(diǎn)，標(biāo)志著青春期的開(kāi)始。因此認(rèn)為MKRN3對(duì)青春期啟動(dòng)具有抑制作用，并且其功能喪失將有利于過(guò)早刺激GnRH分泌和青春期發(fā)育。Macedo等[17]研究了215例散發(fā)性CPP，確定了8例由MKRN3功能喪失突變引起的CPP。但是，直到現(xiàn)在，尚未建立能夠準(zhǔn)確預(yù)測(cè)青春期的臨界值[18]。Hagen等[19]針對(duì)丹麥女孩的研究發(fā)現(xiàn)，青春期血清MKRN3水平降低15%；此外，與年齡匹配的青春期前女孩相比，早熟女孩的MKRN3水平更低。 Bessa等[20]報(bào)道了20例已診斷特發(fā)性CPP的男孩中有8例發(fā)生了MKRN3基因突變，證明先前被歸類(lèi)為特發(fā)性CPP的男性中MKRN3突變頻率很高。一項(xiàng)薈萃分析證實(shí)MKRN3的缺陷是遺傳性CPP的最常見(jiàn)原因，在家族性病例中，患病率介于33%～46%和0.4%～5%。Macedo等[21]對(duì)115例女孩CPP患者的基因組測(cè)序，旨在研究非編碼區(qū)的可能致病變異，發(fā)現(xiàn)1例患者M(jìn)KRN3近端啟動(dòng)子區(qū)存在罕見(jiàn)的雜合缺失。Ram等[22]的研究支持MKRN3 SNP rs12441827對(duì)韓國(guó)男孩性早熟的影響。目前已經(jīng)報(bào)道了30多種不同的MKRN3功能喪失突變[23]。這些突變中有很大一部分是移碼突變，影響了蛋白質(zhì)的氨基末端區(qū)域。

2.3 印跡基因DLK1的失活突變導(dǎo)致家族性CPP Deltalike同系物1(DLK1)是另一種父系表達(dá)的印跡基因，位于染色體14q32.2，該區(qū)域包含一個(gè)印跡基因簇。DLK1是delta-notch通路的一部分，在垂體中，DLK1和notch信號(hào)通路在垂體細(xì)胞類(lèi)型分化中發(fā)揮作用。母單親二倍體、表觀變異和父系缺失染色體14q32.2導(dǎo)致該區(qū)域父本表達(dá)基因(包括DLK1)的表達(dá)缺失。這些分子異常與Temple綜合征有關(guān)。

Dauber等[24]在一個(gè)巴西家系中發(fā)現(xiàn)了DLK1印跡基因的一個(gè)復(fù)雜缺陷(包含該基因的第1個(gè)外顯子的14 kb雜合缺失)；此外，測(cè)序分析還顯示與DLK1的3號(hào)內(nèi)含子有269 bp的重復(fù)，并與缺失相分離。同年Grandone等[25]對(duì)60例特發(fā)性CPP的女孩進(jìn)行DLK1基因序列檢測(cè)時(shí)，沒(méi)有一個(gè)女孩有這種基因的突變。隨后，Gomes等[26]描述了3個(gè)具有父系表達(dá)的DLK1功能缺失突變的新家族。他們?cè)趤?lái)自3個(gè)無(wú)關(guān)家族的5例患者中發(fā)現(xiàn)了DLK1外顯子5的3個(gè)不同的移碼突變(p.Gly199Alafs*11、p.Val271Cysfs*14和p.Pro160Leufs*50)。

3 其他潛在基因

對(duì)GWAS中的基因(LIN28B、TACR3、LEPR和ESR1)的常見(jiàn)和罕見(jiàn)變異進(jìn)行分析，尚未發(fā)現(xiàn)它們與性早熟有明確關(guān)聯(lián)。盡管在一些小規(guī)模的基因關(guān)聯(lián)研究中發(fā)現(xiàn)了某些基因突變與性早熟的潛在相關(guān)性。這些基因包括與促性腺激素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)生物學(xué)相關(guān)的基因——GNRH1、LHB、FSHB、TTF1、EAP1、NPVF、NPFFR1，以及編碼類(lèi)固醇生成酶的基因——CYP19A1、CYP1A1、CYP17和CYP1B1。但這些小規(guī)模研究未給出任何明確結(jié)論。

4 臨床綜合征或染色體異常

少數(shù)研究報(bào)道了罕見(jiàn)的患有復(fù)雜表型的特發(fā)性CPP患者的病例，這些患者主要與臨床綜合征或染色體異常有關(guān)。迄今為止報(bào)道的CPP為以下遺傳綜合征表型譜的一部分。

4.1 Temple綜合征(14號(hào)染色體父源缺失表觀遺傳異常及母源單親二倍體) 臨床表現(xiàn)為宮內(nèi)和出生后生長(zhǎng)受限、身材矮小、喂養(yǎng)困難、面部異常表現(xiàn)(輕微的眼瞼下垂、鼻尖光滑、前額高等)，手腳發(fā)育短小、低血壓及肥胖、性早熟等。

4.2 Silver-Russell綜合征(11p15ICR1區(qū)甲基化異常和7號(hào)染色體母源單親二倍體) 臨床表現(xiàn)為宮內(nèi)生長(zhǎng)受限、出生后生長(zhǎng)發(fā)育遲緩、喂養(yǎng)困難、身體不對(duì)稱(chēng)以及特殊的面部表現(xiàn)(如三角臉、前額突出等)和兒童期以上常見(jiàn)骨齡延遲、精神運(yùn)動(dòng)發(fā)育遲緩、腫瘤(睪丸腫瘤、精原細(xì)胞癌、肝細(xì)胞癌)、性早熟等。

4.3 Williams-Beuren綜合征(7q11.23缺失) 可導(dǎo)致多系統(tǒng)障礙綜合征，臨床罕見(jiàn)?？衫奂岸嘞到y(tǒng)，內(nèi)分泌系統(tǒng)可表現(xiàn)生長(zhǎng)落后、甲狀腺功能減退、 糖代謝異常、高鈣血癥、性早熟等。

4.4 Prader-Willi綜合征(15q11-q13父源性染色體的表達(dá)異常) 在不同年齡階段表現(xiàn)為肌張力低下、喂養(yǎng)困難、貪食、肥胖、身材矮小、生殖器發(fā)育不良、智力障礙、代謝異常及認(rèn)知行為障礙等,也有性早熟報(bào)道。

綜上所述，青春期啟動(dòng)是多因素參與的生理過(guò)程，病因復(fù)雜，目前其遺傳學(xué)發(fā)病機(jī)制研究成果有限。進(jìn)行更大樣本和更多樣化群組的研究，進(jìn)一步尋找CPP相關(guān)致病基因的變異或變異位點(diǎn)，應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)這些變異的致病性(即是否會(huì)導(dǎo)致蛋白結(jié)構(gòu)和功能的改變、是否會(huì)影響剪接)進(jìn)行預(yù)測(cè)，并結(jié)合臨床分析其與疾病的相關(guān)性，將有助于明確CPP的發(fā)病機(jī)制，為其遺傳診療方案的實(shí)施提供理論依據(jù)。