中樞性性早熟相關(guān)致病基因的研究進展

葛偉，王海蓮，邵鴻家

(1山東大學(xué)齊魯醫(yī)院，濟南 250012；2山東大學(xué)第二醫(yī)院)

性早熟是一種兒童生長發(fā)育過程中性發(fā)育異常性疾病，特征性表現(xiàn)為兒童青春期發(fā)育的提前出現(xiàn)。近年來本病的發(fā)生率顯著增高，約為100/萬，已成為兒童最常見的內(nèi)分泌系統(tǒng)疾病之一，嚴重影響患兒的身心健康[1]。性早熟不僅在兒童期給孩子帶來生理和心理方面的問題，而且青春期的過早出現(xiàn)也會對孩子成年以后的健康造成影響[2]。目前研究[3]已證實，月經(jīng)初潮年齡過早會增加成年之后罹患肥胖、高血壓、糖尿病、冠心病、中風(fēng)、癌癥等疾病的風(fēng)險。性早熟在臨床上被定義為女孩8歲之前，男孩9歲之前出現(xiàn)第二性征的發(fā)育，其中因為下丘腦-垂體-性腺軸的提前啟動導(dǎo)致的性早熟被稱為中樞性性早熟(CPP)。雖然已經(jīng)明確CPP的發(fā)生是由于促性腺激素釋放激素(GnRH)的提前大量釋放導(dǎo)致青春期的提前啟動，但是迄今為止，機體如何調(diào)控下丘腦分泌GnRH的復(fù)雜機制尚未完全明了。因此，對青春期發(fā)育的始動因素的探索，成為兒童性發(fā)育研究的核心問題。近年來的研究發(fā)現(xiàn)，基因因素在CPP的發(fā)病中起著至關(guān)重要的作用，編碼kisspeptin的KISS1基因，編碼kisspeptin受體的KISS1R基因和編碼makorin環(huán)指蛋白3的MKRN3基因是近年來在臨床患者中發(fā)現(xiàn)的導(dǎo)致CPP的重要基因。現(xiàn)將CPP相關(guān)基因的研究進展進行綜述。

1　KISS1和KISS1R基因

kisspeptin及其受體信號系統(tǒng)是首先被研究者發(fā)現(xiàn)的對青春期發(fā)育起重要調(diào)控作用的信號系統(tǒng)。KISS1基因編碼kisspeptin，KISS1R基因編碼其受體G蛋白偶聯(lián)受體54(GPR54)。在青春發(fā)育期時，KISS1和KISS1R基因的表達均明顯增多。kisspeptin與下丘腦GnRH神經(jīng)元上的KISS1R相結(jié)合可以激活GnRH神經(jīng)元，導(dǎo)致GnRH的大量分泌[4]。一些研究者發(fā)現(xiàn)，KISS1R基因的無功能性突變可以導(dǎo)致臨床上特發(fā)性低促性腺激素性性功能減退癥的發(fā)生[5～7]。Teles等[8]在2008年報道了世界上第1例因為KISS1R基因功能獲得性突變導(dǎo)致的CPP。該女性患兒出生時即發(fā)現(xiàn)有乳房的增大，在7歲時發(fā)現(xiàn)乳房快速發(fā)育，并伴有身高的加速生長，當時的骨齡已明顯提前(達到11歲)，激素檢測發(fā)現(xiàn)黃體生成素的峰值已經(jīng)達到了青春發(fā)育期水平。對該患兒進行基因檢測發(fā)現(xiàn)，KISS1R基因存在p.Arg386Pro突變。該突變導(dǎo)致kisspeptin和KISS1R結(jié)合后，細胞內(nèi)信號傳導(dǎo)通路的延長激活，進而導(dǎo)致對細胞內(nèi)信號脫敏率的明顯下降，造成信號傳導(dǎo)通路的大量激活，促進GnRH神經(jīng)元分泌大量的GnRH導(dǎo)致CPP的發(fā)生[9]。在2010年，Silveira等[10]報道了世界上第1例由KISS1基因功能獲得性突變導(dǎo)致的CPP。該男性患兒1歲，出現(xiàn)了明顯的CPP表現(xiàn)，睪丸增大，陰莖增粗增長；激素檢查發(fā)現(xiàn)患兒基礎(chǔ)的黃體生成素和睪酮的水平均非常高，影像學(xué)檢查未發(fā)現(xiàn)顱內(nèi)病變。基因檢測發(fā)現(xiàn)，患兒的KISS1基因存在p.Pro74Ser錯義突變，并且患兒的母親和外婆均攜帶p.Pro74Ser雜合突變，但是患兒的母親和外婆均性發(fā)育正常，沒有出現(xiàn)過CPP的表現(xiàn)。相對于正常野生型的KISS1基因，p.Pro74Ser錯義突變后的基因表現(xiàn)出強大的刺激信號傳導(dǎo)的能力。究其原因，可能是因為突變之后的基因片段抗降解的能力增強，導(dǎo)致編碼的kisspeptin生物利用度明顯增高。雖然KISS1和KISS1R基因突變已經(jīng)在臨床研究中被證實可以導(dǎo)致CPP的發(fā)生，不過臨床上有關(guān)此類的病例報道仍然十分罕見[11]。因此，雖然不斷有研究者提出KISS1和KISS1R基因與CPP的發(fā)生有關(guān)，但這應(yīng)該不是青春期發(fā)育的始動因素，其上應(yīng)該還有更為關(guān)鍵的調(diào)控因素有待發(fā)現(xiàn)。

2　MKRN3基因

Jong等于1999年首次在針對Prader-Willi/Angelman綜合征(PW/AS)基因關(guān)鍵區(qū)域的研究中克隆出MKRN3。其在PW/AS關(guān)鍵區(qū)域中發(fā)現(xiàn)了一種可以編碼特定鋅指蛋白的cDNA，一開始命名為鋅指蛋白127(Zfp127)，之后重命名為MKRN3。MKRN3基因定位于人類15號染色體的q11-13區(qū)域(鼠類7號染色體C區(qū)域)，在這個區(qū)域存在一定數(shù)量的印記基因集群。其中，母系來源的基因突變導(dǎo)致AS，而父系來源的基因突變導(dǎo)致PWS。雖然MKRN3位于PWS的關(guān)鍵區(qū)域，但是PWS的發(fā)生與該區(qū)域內(nèi)多種基因有關(guān)，其并不依賴于MKRN3的突變[12]。人類的MKRN3是一種無內(nèi)含子的基因，母系的等位基因失活而只有父系的等位基因表達，母系來源的等位基因甲基化在受精后迅速建立，有趣的是，MKRN3基因會在雄性配子形成時重新激活。因此，MKRN3是一種典型的在雌性配子中處于甲基化失活狀態(tài)，但是在雄性配子中因非甲基化而保留活性的基因，在精子中保留活性一代代傳遞下去[13]。

MKRN3基因是最新被發(fā)現(xiàn)的在青春期啟動中有著重要作用的關(guān)鍵基因。Abreu等[14]在2013年首次報道了這一重要發(fā)現(xiàn)，其團隊對15個來自不同地區(qū)不同種族的CPP家庭的40個成員進行基因?qū)W研究發(fā)現(xiàn)，1/3的CPP家庭中存在MKRN3基因的突變，包括3種移碼突變和1種錯義突變(p.Arg365Ser)，并且這種基因突變的性別比例相當(8例女孩和7例男孩)。之后，Settas等[15]報道在2例患有CPP的希臘兄妹中發(fā)現(xiàn)了一種新型的MKRN3基因突變(p.Cys340Gly)，并且其突變基因來源于無癥狀的父親。Bessa等[16]發(fā)現(xiàn)，在男性特發(fā)性中樞性性早熟(ICPP)患兒中存在高發(fā)的MKRN3基因突變。Macedo等[17]分析了來自3個不同大學(xué)醫(yī)學(xué)中心的215例ICPP患兒(女207例，男8例)的MKRN3基因，發(fā)現(xiàn)在這些無血緣關(guān)系的女孩中發(fā)現(xiàn)了5種新型的雜合突變，包括4種移碼突變和1種錯義突變(p.Phe417Ile)，并且這種突變均來源于父系，這種現(xiàn)象提示調(diào)控人類性發(fā)育過程的關(guān)鍵基因可能來源于父親而非母親。Simsek等[18]在對土耳其ICPP患兒的基因研究中，也發(fā)現(xiàn)了MKRN3基因的兩種致病性移碼突變(c.441_441delG，p.H148Tfs * 23和c803_803delAT，p.M268Vfs * 23)。迄今為止，共發(fā)現(xiàn)了21種不同的MKRN3基因的無功能突變(包括8種移碼突變、10種錯義突變和3種無義突變)。越來越多的證據(jù)表明，MKRN3的無功能突變是人類CPP的重要原因，是調(diào)節(jié)性發(fā)育和生殖功能的關(guān)鍵因素[19,20]。

MKRN3的缺陷導(dǎo)致青春期GnRH脈沖的提前出現(xiàn)的具體機制仍未完全明了。Abreu等[14]發(fā)現(xiàn)，小鼠下丘腦弓狀核MKRN3 mRNA在青春期前處于高水平，在青春期將要出現(xiàn)時迅速下降，并且在整個青春發(fā)育期均處于低水平。Hagen等[21]發(fā)現(xiàn)，在健康女孩中，血液循環(huán)內(nèi)的MKRN3濃度下降早于青春期的啟動，并且整個青春期均處于低水平。隨后Varimo等[22]和Busch等[23]在對健康男孩的青春期發(fā)育研究中也發(fā)現(xiàn)了同樣的情況。這些發(fā)現(xiàn)提示，MKRN3可能在青春期發(fā)育中起著“閘門”的作用：在青春期前處于高水平，抑制青春期的出現(xiàn)，當MKRN3處于低水平時，青春期開始啟動[24]，并且這種調(diào)控作用沒有明顯的性別差異。作為一種新型的神經(jīng)生物學(xué)調(diào)控因子，MKRN3必然會和其他和青春期發(fā)育相關(guān)的因素，如kisspeptin、神經(jīng)激肽B(NKB)、GnRH等產(chǎn)生復(fù)雜的交互作用，構(gòu)建復(fù)雜的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，這些相關(guān)的機制必將成為今后研究的重要方向[25]。

雖然目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)MKRN3基因在兒童青春期發(fā)育中存在重要作用，但是MKRN3基因如何調(diào)控青春期的啟動還未完全明了。可以明確的是，MKRN3基因、kisspeptin、NKB、GnRH分泌不是孤立存在的，其必然存在尚未完全清楚的相互影響及調(diào)控方式。目前認為在青春期前，機體的MKRN3基因處于高表達的狀態(tài)，下丘腦kisspeptin和NKB的合成減少，GnRH神經(jīng)元處于非活躍的狀態(tài)，GnRH無脈沖式分泌；青春期開始啟動時，MKRN3基因的表達下降，機體MKRN3降低之后，啟動青春期發(fā)育的“閘門”，MKRN3的變化可能會通過kisspeptin和NKB對GnRH神經(jīng)元產(chǎn)生影響，調(diào)控其GnRH的脈沖式分泌，引導(dǎo)機體出現(xiàn)青春期發(fā)育。但是，其中具體的信號傳導(dǎo)過程及調(diào)節(jié)機制還有待進一步研究。

綜上所述，基因突變是導(dǎo)致CPP發(fā)生的重要因素，KISS1、KISS1R及MKRN3基因是目前明確的CPP的致病基因。除此之外，目前研究還發(fā)現(xiàn)了一些可以調(diào)控GnRH分泌的相關(guān)基因，如GABRA1[26]、LIN28B[27]、NPY-Y1R[28]、TAC3[29]、TACR3[29]、TTF1[30]和EAP1[30]等，不過這些基因均未在臨床病例中發(fā)現(xiàn)致病的基因突變，有待后續(xù)的進一步研究。