SRY基因在先天性尿道下裂中的研究進展*

耿 天 綜述，孫 發 審校

(1.貴州醫科大學，貴陽 550004；2.貴州省人民醫院，貴陽 550002)

尿道下裂是一種男性陰莖及前尿道發育不全及開口位置異常的先天性生殖器畸形，在小兒泌尿系統畸形疾病中比較常見，國外報道尿道下裂發病率可達4‰～8‰[1-2]。目前尿道下裂的病因和機制尚不明確，已報道的研究表明多數尿道下裂與產婦年齡、內分泌水平、服用藥物(促排卵藥、抗癲癇藥等)、新生兒體重、先兆子癇及環境因素相關，少數的尿道下裂形成可能是由于單基因突變引起，也可能與各種性染色體或常染色體異常有關。

Y染色體性別決定區(sex-determining region Y，SRY)基因與性別分化及生殖器的發育密切相關。研究表明SRY基因可能是性別分化某個關鍵環節中起開關作用的因子之一，在哺乳動物中SRY基因的作用和地位可能更加明顯[3]。近年來隨著表觀遺傳學、分子診斷技術的發展，有學者提出SRY基因的改變與先天性尿道下裂的發生有關。本文主要對國內外SRY基因在先天性尿道下裂中的作用研究進行綜述。

1 SRY基因的結構、功能和分化機制

1.1 SRY基因的結構

SRY基因位于男性Y染色體短臂Yp11.3，采用逆向遺傳學方法對該基因的結構、轉錄單位及其啟動子進行了初步鑒定,及通過對SRY基因的cDNA序列和基因組比對發現,SRY基因無內含子結構,只含有1個外顯子，轉錄單位全長約1.1 kb，該基因有1個多聚腺苷酸位點(AATAAA)和兩個轉錄起始點，其間是1個開放閱讀框架(open reading frame,ORF)，可編碼204個氨基酸，在基因的5′端和3′端的兩側分別是長達1.1和1.0 kb的富含AT區。在SRY基因上游非翻譯區及富含GC區內還有2個SRY蛋白質的結合位點SRY-CS+和SRY-CS-。

1.2 SRY基因的功能

SRY基因是編碼睪丸發育中的一種決定性基因，研究發現SRY基因在小鼠受精后胚胎發育的第10～12天于生殖嵴體細胞表達，第11天表達水平最高，一旦生殖嵴發生性別分化，SRY基因表達水平就開始降低。小鼠的性別明顯分化發生在受精后胚胎發育的第11天，此時雄性性腺呈條紋狀,SRY基因的表達正好發生在睪丸開始形成之前到結束的2 d內，這恰好驗證了SRY基因對性別分化的調控，這種極短時間的表達峰也表明SRY基因啟動睪丸的發育，但卻不維持睪丸的發育[4-6]。與小鼠類似，人類SRY基因的表達也決定了睪丸的形成。人類生殖嵴大約在妊娠后33 d形成，而SRY基因的表達在妊娠第41天的XY型胚胎內可以開始檢測到，表達水平達到高峰的時間為妊娠后第44天，此時睪丸索剛好可見。但人類SRY基因在性腺中表達并不消失，成年時仍有表達，且存在于許多組織中，且在人類中表達開始于妊娠的第6周后的整個妊娠期間[7]。研究發現，SRY基因是決定性別的遺傳基礎[3]，也是睪丸決定因子(testis determining factor,TDF)之一，能夠啟動哺乳動物睪丸的發育與分化，是睪丸發育負調節的抑制因子[4-5]。有學者研究的轉基因鼠實驗是SRY基因的性別決定功能最好的證明，他們將SRY基因14 kb的DNA片段注射到具有正常XX基因組小鼠的受精卵中，該XX胚胎繼而具有睪丸、雄性附屬器官和陰莖的發育[8]。SU等[9]研究也證明SRY基因與胎兒睪丸的成熟、雄性附屬器官分化發育、陰莖的發育、精子發生、成熟及早期胚胎發育都密切相關。可以看出SRY基因存在于Y染色體的性別決定區內，該區域也調控哺乳動物的雄性發育[10]，且SRY基因可能除性別決定的功能外還有其他與雄性發育相關的廣泛作用。

1.3 SRY基因影響性別分化的機制

雄性胎兒正常的性別分化過程包含3個階段，且是在連續、有序和相互級聯的關系下形成的，其正常胚胎分化和發育的過程以SRY基因為主導，在一系列基因的共同協調表達下調控完成。第1階段在受精時已被確定，即性染色體(XY)。第2階段在SRY基因的誘導下，未分化的生殖腺始基分化成睪丸，即生殖腺性別的確定。第3階段是在睪丸分泌的雄性激素及前睪丸因子等誘導下，內外生殖器分化為男性的階段，即性別的表型確定。SRY基因可能是男性性別決定的起點，也是胚胎早期干預人類性分化的重要樞紐，并在胚胎早期的性分化的級聯反應中起著調控作用，同時也對其下游的基因起著重要的開關調節作用[11]。胚胎發育的第7周，在SRY基因編碼蛋白的影響下，啟動下游的基因表達，誘導體腔中的上皮細胞分化出支持細胞，同時間質分化出間質細胞，睪丸支持細胞和間質細胞共同作用參與睪丸的發育[12]。約在妊娠8周時胚胎睪丸發育中的間質細胞分泌雄激素，雄性激素睪酮在胚胎發育中主要誘導中腎管的男性化，睪酮在Ⅱ型5α還原酶(steroid 5-reductase,SRD5A2)作用下轉化為雙氫睪酮，雙氫睪酮則依次誘導外生殖器、尿道和前列腺的形成[13]，所以SRY基因誘導胚胎男性化方向的分化。性發育障礙是影響性腺或生殖器發育的條件，已知關鍵基因SRY的變異是46，XY性發育障礙的確切原因[14]。因此，SRY基因與先天性尿道下裂的發生聯系緊密。

2 SRY基因的改變及與尿道下裂的關系

SRY基因位于男性性發育的頂端，是決定睪丸發育的主要因素。睪丸分泌的雄性激素主要促使胚胎期男性生殖器的發育,陰莖和尿道在孕6周開始形成，在孕16周陰莖部尿道和陰莖頭開始發育。由上可知SRY基因的突變、缺失及異位將導致性腺發育不全、畸形或無性腺等,尿道下裂這種先天性畸形是由于胚胎發育過程中尿生殖溝未能自后向前在中線完全閉合所造成。因此，尿道下裂的發生與SRY基因的突變、缺失和異位有一定的相關性[15]。具體如下。

2.1 SRY基因的突變

SRY基因的突變可引起兩性畸形，這種兩性畸形是由性別分化期間胚胎發育過程中的調控性別決定、性腺發育或激素及其受體表達的基因異常引起的。現已有研究通過新西蘭兔的實驗證明了這一結論，在兔SRY的高遷移率族(HMG)區域引入了CRISPR/Cas9介導的突變后，再進行觀察發現SRY-突變的嵌合兔被診斷為雌雄同體，其特征是同時具有卵巢、睪丸和子宮[16]。組織病理學分析顯示睪丸組織未成熟且缺乏生精細胞，而卵巢部分表現正常，并在卵巢變化的不同階段都顯示有卵泡存在。因SRY是哺乳動物Y染色體上的性別決定基因，負責啟動男性性別決定，所以高遷移率族(HMG)中的突變(SRY的保守DNA結合域)誘導XY個體出現了兩性畸形綜合征[17]。其中尿道下裂是兩性畸形的一種表現形式。

2.2 SRY基因的缺失

在XY性腺中，SRY基因的缺失可以導致涉及RSPO1/WNT4/CTNNB1和FOXL2的卵巢促進途徑的激活。目前，性腺發育的調節與成熟的發生機制有一個較為公認的學說是：在NR5A1等基因的作用下，首先形成雙潛能生殖嵴，XY性腺在GATA4/FOG2/NR5A1/WT1通路的調節下表達SRY，并抑制SOX9表達；在XX性腺中，因RSPO1/WNT4和SOX9通路被激活，支持細胞的前體細胞積聚β-連環蛋白，一旦SOX9達到閾值水平，即啟動正性調節通路，FGF9或PGD2形成前饋環；后期，FOXL2抑制SOX9表達。但在睪丸中，SOX9促進AMH活化，抑制卵巢WNT4與FOXL2的作用。因此SRY基因的缺失，會導致XY染色體的胚胎體細胞前體細胞在無負性調節的RSPO1/WNT4/β-catenin和FOXL2信號傳導的影響下分化為顆粒細胞,從而導致XY染色體的胚胎體生殖器脊形成卵巢[18]，這種情況稱之為XY染色體性腺逆轉。已有研究證明在小鼠XX染色體胚胎性腺中，通過SRY與NR5A1(SF1)協同直接上調Sox9(SRY相關HMG9)的表達和SOX9激活基因調控網，是可以控制支持細胞的分化和睪丸形成所需的形態發生事件的[19]。

2.3 SRY基因的異位

SRY基因的異位在生物個體中對器官的發育和生理學進程卻有很大的影響。為了確定SRY異位表達在發育和生理學進程的全局影響，KIDO等[20]通過使用轉基因激活系統，人類SRY基因在小鼠的單細胞胚胎中被激活的實驗方法。建立Cre-LoxP轉基因激活系統，并評估轉基因小鼠中人類SRY基因的異位激活所出現的情況。其結果表明，在單細胞胚胎階段有異位SRY激活(SRY ON)幼崽的出生時間與非轉基因或Ddx4-Cre轉基因同窩小鼠相比，在生長中顯著延遲，且在出生前均死亡。該研究實驗動物的后續組織病理學分析顯示SRY ON中的心臟、肺、肝和腦發育嚴重受損，包括：胸腺分化受抑制，心肌細胞壞死、凋亡，心臟纖維化，肺泡發生遲緩，大腦神經發生受損，肝臟脂肪變性等病變結果，出生后死亡率顯著升高，這些器官的損傷和不足可能相互交織，共同促成各種器官中觀察到的表型。也有研究通過對哺乳動物有性別差異的測序，發現大多數Y染色體(MSY)基因都在X染色體上存在同源基因，并有可能在轉錄、翻譯、染色質修飾、RNA加工和蛋白質的穩定性上有著相似的功能[21]。非性腺細胞中位于Y染色體(MSY)的SRY異常激活可破壞或修改正常的基因調控程序，從而對受影響的細胞或組織的發育，生理或病理進程施加雄性的特異性作用[22]。當SRY基因異位表達時，SRY可以差異性地影響體細胞，組織或器官的正常發育和生理學進程，且可能是導致具有顯著男性傾向的眾多疾病[23-24]。所以SRY基因異位是導致SRY基因在男性個體生命的不同階段中異常激活的方式之一，時間，地點和程度的改變，導致的異常激活會在性別分化方面有所異常，當影響尿道海綿體的發生、分化時就會導致尿道下裂的形成，也可能會導致除外尿道下裂的其他各種生殖畸形的發生。

3 SRY基因診斷在尿道下裂診斷臨床應用中的研究進展

SRY基因檢測在兒童性發育疾病診斷中提供的信息對于大致評估Y染色體的結構及功能狀態提供了一定的幫助，并對兒童性發育疾病的明確診斷及下一步診療方向的確定起到一定的促進作用。SRY基因作為性別決定基因對于性分化是否正常具有不可替代的作用，對于臨床上性發育障礙疾病(如尿道下裂、隱睪癥、小陰莖、兩性畸形等)的治療也具有指導意義。通過對SRY基因的診斷，廣泛用于臨床診斷、產前診斷、法醫鑒定，使對于性發育障礙疾病的診斷水平上升至分子水平，并對研究性反轉、性發育異常病因、優生優育政策提供了有價值的資料[25]。

3.1 套式PCR檢測

在性發育障礙的患者中有很大一部分患者表現形式為尿道下裂。在常規的基因診斷的過程中，可以從患者的外周血中提取DNA，采用套式PCR的方法(加入Y染色體SRY基因核心片段引物)使用瓊脂糖凝膠電泳和紫外線熒光顯像技術檢測，與正常的對照做對比。有研究發現，SRY基因的存在與否是判斷患者生物學性別的最重要的客觀指標之一，如果SRY基因有缺失或突變則直接影響到性分化的過程，引起性逆轉或性分化不良，因此對于重型尿道下裂，性別判斷有困難的，應行SRY基因檢測，為臨床性別取向提供生物學依據[26]。且套式PCR檢測SRY基因的缺失和雙重PCR檢測SRY基因的突變的方法穩定可靠，簡單便捷迅速，可在臨床檢驗中推廣應用。

傳統的診斷方式主要通過臨床表現來診斷，但對于一些特殊型的尿道下裂，一時無法準確診斷。所以，通過染色體或SRY基因診斷有助于鑒別。

3.2 基因探針檢測

在不孕癥的患者中通過檢測SRY基因以明確不孕癥的原因，目前在不孕癥的男性患者中可以通過基因探針的方式檢測SRY基因的位置，檢測基因是否異位或缺失，同時通過多重PCR技術進行SRY基因的DNA測序，明確該基因是否突變[27-28]。當前通過PCR技術檢測SRY基因的方法已廣泛使用于患有男性不育(如46，XX男性綜合征)的遺傳學診斷上，并具有一定的臨床意義[29]。

3.3 其他新出現的基因檢測技術

在產前檢查領域的診斷中也應用到檢測SRY基因的方法來預防性連鎖遺傳病和單基因疾病，其中有傳統的常規核型分析(采用羊膜穿刺技術抽取羊水提取DNA)，原位熒光雜交基因探針和PCR技術的方法來進行基因檢測。目前，采用抽取孕母的外周血提取DNA通過基因探針和PCR技術可以達到無創產前診斷的標準，通過此條途徑檢測胎兒SRY基因來預防性染色體疾病具有無創、安全、快速、有效、簡便等優點[30]。當前新出現的基因檢測技術也是可以很好快速地檢測SRY基因的，例如：熒光素酶報告基因、基因組高通量測序等，對于基因檢測來說更準確、更便捷。

4 小 結

SRY基因作為男性的性別決定基因，在男性生殖系統中起到起點的作用。隨著對SRY基因認識的深入，發現SRY基因與男性生殖系統的發生、發育及疾病有密切的關系。當前，SRY基因的檢測已被用于常規的檢測基因之一，也為研究更多與SRY基因介導有關疾病機制的層面做出了推動的作用。因此，通過多方面的研究探索SRY基因與尿道下裂的相關性，有利于為臨床上男性相關的先天性疾病的診斷和治療提供新思路。期望未來可以通過基因的層面提前診斷、干預并治療尿道下裂，造福人類。