先天性尿道下裂自然病因研究進展

高媛媛 張茲鎮 綜述 張 亞 審校

先天性尿道下裂是男性下尿路及外生殖器常見的先天性畸形，尿道開口通常不在正常位置。臨床表現主要包括尿道開口異位、包皮異常分布、腹側包皮缺乏等，多數病例伴陰莖下彎。重癥尿道下裂患者還常合并陰囊畸形、前列腺囊和小陰莖。患者生殖器外觀及排尿方式的異常會在很大程度上影響他們的學習和生活，也會嚴重影響他們的心理發育。即使患者在患病早期就接受手術治療，在他們的成長過程中也會遭遇疾患、社會歧視以及性生活障礙等方面的問題。芝加哥的某項統計數據指出，尿道下裂患者罹患自閉癥的概率明顯升高[1]。出生時曾患有尿道下裂的男性，在成年時更易出現生育率低下、排尿困難、對性生活難以感到滿意等問題[2]。先天性尿道下裂在各個國家和地區有著廣泛的分布，且其發病率在大部分國家呈逐年上升的趨勢[3]。

目前認為，母體內分泌因素、環境因素、基因表達異常以及藥物因素是導致先天性尿道下裂發生的主要原因。近年來，越來越多的學者專注于外界環境因素對尿道下裂形成的影響[4,5]。本文圍繞物理因素、生物因素以及化學因素三個方面，對先天性尿道下裂的病因學研究進展作一綜述。

一、物理因素的影響

雄性生殖系統相關組織對電離輻射、熱輻射和某些毒物非常敏感[6]。目前仍然有很多欠發達地區的工人面臨著自然輻射的危險。在印度喀拉拉邦西南海岸，長期存在釷及其子產物的自然輻射，一項研究對14萬名長期居住在附近的孕婦所分娩的新生兒進行監測，發現615例死產，另有1 370例新生兒出現各種重大先天畸形，其中尿道下裂的發病率位列第二(152例，2.1‰)，這說明孕婦長期接觸自然輻射是導致胎兒產生先天性尿道下裂的重要原因之一[7]。White[8]對德克薩斯洲的重金屬空氣污染程度及當地新生兒出生狀況進行了統計，發現錳、鉛、鉻、鎳等重金屬產生的空氣污染與新生兒尿道下裂的發生明顯相關。迄今為止，關于宇宙輻射導致尿道下裂的報道非常少。僅挪威的一項研究發現，長期接受宇宙輻射的飛行員及乘務員的后代中先天性尿道下裂發病率增高，但這一結論尚需進一步證實[9]。

二、生物因素的影響

自然界中最重要的生物因素是病毒感染，目前已知感染人類微小病毒B19(human parvovirus B19)會導致胎兒水腫和死亡，而它也與先天性畸形存在相關性。Konstantinidou等[10]對一名因感染微小病毒B19而流產的孕29周男性死胎進行尸檢，發現其存在尿道下裂以及其他先天性畸形。另外，Roca[11]對西班牙一家三級醫院感染艾滋病毒(human immunodeficiency virus,HIV)的母親娩生的新生兒(未感染HIV)進行隨訪得出，雖然母親感染HIV與其胎兒的先天畸形之間無明顯相關性，但是在產期接觸抗逆轉錄病毒藥物的嬰兒中，包括尿道下裂在內的先天畸形概率往往有所增加。雖然尚無證據表明病毒感染會直接導致先天性尿道下裂的發生，但妊娠期抗病毒藥物的使用卻會明顯增加先天性尿道下裂的發生率。

三、化學因素的影響

隨著工業化發展，先天性尿道下裂的環境內分泌因素已逐漸成為當今的研究熱點，環境中存在著多種干擾人類內分泌機能的物質，被稱為環境內分泌干擾物(environmental endocrine disruptors,EED)。EED是干擾機體激素合成、分泌、運輸、代謝的外源性因子，它們會抑制血管生成，干擾生殖系統的發育過程[12]。常見的EED包括農藥、除草劑、塑料增塑劑等。在空氣、土壤、飲用水，食品、化妝品、紡織品等中均可檢測到EED。有一些EED能夠抗退化，在自然環境中穩定存在數十年甚至數百年，另外還有一些EED具有親脂性，可以在食物鏈中積聚，使處于食物鏈最頂端的人類更易受到侵害。

EED可通過增強或抵抗機體內源性激素的作用，干擾激素的正常代謝途徑和細胞信號的傳遞過程，擾亂胎兒的下丘腦-垂體-性腺軸，甚至改變基因的穩定性[13,14]。某些EED的干擾會引起胎兒內分泌失調，這種內分泌失調可能會永久地改變體內的新陳代謝狀況，增加生殖器畸形發生的概率[15]。最近，南伊利諾伊大學的一個研究團隊利用豚鼠尿道下裂模型進行實驗得出，在豚鼠中，抗雄激素會導致男性尿道下裂的發生[16]。雖然某些EED的半衰期很短，人體暴露后很快可以從尿液中排除，但對于妊娠期的婦女，此類EED可以與胎盤中的脂質結合，并長期滯留于胎盤中，對胎兒產生持續的影響[17]。

EED的另一種作用方式是通過改變表觀遺傳模式來影響機體的正常生長發育，如DNA甲基化、組蛋白修飾和非編碼轉錄組的表達[18]。即使它們不改變第一代的DNA序列，也可能損害DNA的連續傳代。在動物實驗中已經證實，暴露于雙酚A、烯菌酮和二-2-乙基己基會改變前列腺和睪丸細胞中DNA的甲基化模式。另外，某些影響雄激素或雌激素活性的EED可能在正常的陰莖發育期間破壞基因的調節過程，從而引起尿道下裂。某些調控生殖器發育的基因，如轉錄激活因子3(activating transcription factor,ATF3)、音猬因子(Sonic Hedgehog,Shh)、WNT(Wingsless/Integrated)等對外源性激素具有反應性，這使得這些基因成為EED先天性尿道下裂的潛在靶點[19]。

自從內分泌干擾假說的概念提出以來，學者們已經進行了大量體外和體內實驗。針對動物模型開展的廣泛研究為探討EED作用機制提供了線索，并證實了它們的毒性。一些關于動物和人類的研究表明，鄰苯二甲酸鹽的暴露會抑制胎兒和臍帶血中睪丸特異性生物標志物胰島素樣肽3(insulin-like factor 3,INSL3)的表達，導致胚胎組織發育異常[20]。但是，與人類相關的流行病學研究尚未得出明確的結論。Kalfa等[21]對408名法國南部的無基因突變的單純性尿道下裂患者以及302名正常男孩進行統計得出，在生殖器分化窗，尿道下裂患者暴露于EED的頻率比正常男孩高(95%置信區間：2.11～4.65)。Warembourg等[22]進行的一項小樣本研究結果顯示，接觸甲氧基乙酸與尿道下裂患病率之間存在顯著相關(95%置信區間：1.4～23.4)。到目前為止，人類流行病學調查中得出的結論是：敏感產前期的EED暴露與男性先天性生殖系統疾病的風險相關[23,24]。下面就幾種常見的EED進行闡述。

(一)鄰苯二甲酸二丁酯(di-butyl phthalate,DBP)

鄰苯二甲酸二丁酯(di-butyl phthalate,DBP)作為典型的EED，一直是研究的熱點。20世紀中葉已有學者利用DBP成功建立了尿道下裂模型，從而為尿道下裂的內分泌源性病因研究提供了可能。近年研究主要關注DBP導致尿道下裂發生的機制，主要包括干擾激素合成和分泌以及改變基因的表達兩個方面。已有多位學者證實了DBP可通過降低雄性子鼠血清雄激素或雄激素水平誘導尿道下裂的發生[25,26]。而DBP也可改變某些基因的表達，主要包括雄激素受體(androgen receptor,AR)、音猬因子(Shh)、骨形態發生蛋白4(bone morphogenetic protein 4,Bmp4)和成纖維細胞生長因子8(fibroblast growth factor 8,Fgf8)等幾種生殖發育相關基因[27]。另外，最新的研究認為，DBP可能通過某些胚胎發育相關通路(如PI3K/Akt/mTOR[28]、PERK-eIF2α通路)誘導尿道下裂的發生[29]。Li等[28]利用DBP誘導的尿道下裂動物模型進行實驗，發現尿道下裂胎鼠的生殖結節中自噬途徑相關的某些直接或間接抑制蛋白(例如p-Akt，p-mTOR和p-S6)顯著增加。

(二)鄰苯二甲酸二(2-乙基)己酯(di-2-ethyl hexyl phthalate,DEHP)

DEHP是一種增塑劑，用于軟化聚氯乙烯塑料和非聚合物，是一種常見的內分泌干擾物，在中國大量生產并廣泛使用。從醫療設備、家具、食物或從水和空氣中攝入的物質都會導致人類暴露于DEHP[30,31]。已有研究證實，產前DEHP暴露與先天性尿道下裂的發生有關[32]。Kamstra[33]利用斑馬魚進行實驗得出，暴露于DEHP可降低轉化生長因子-β(transforming growth factor-β,TGF-β)的表達水平。TGF-β家族作為強大的細胞因子家族，在眾多細胞功能中發揮著重要作用，包括在所有組織中的增殖、分化、遷移和轉導。此外，在TGF-β/Smad信號通路中，TGF-β可以通過磷酸化激活Smad蛋白，調節下游轉化因子，如上皮-間質轉化(epithelial-mesenchymal transition,EMT)信號通路。因此，DEHP引起尿道下裂的機制很可能與抑制TGF-β表達并影響TGF-β/Smad信號通路有關。

(三)氟他胺

氟他胺是一種雄激素受體拮抗劑，臨床上主要將其用于治療前列腺癌和前列腺肥大。多項研究發現，氟他胺可引起尿道下裂，被研究者廣泛用于建立尿道下裂模型。尿道下裂術后，傷口的愈合過程涉及多種細胞因子，如轉化生長因子-β1(transforming growth factor-β1,TGF-β1)、平滑肌肌動蛋白(smooth muscle actin,SMA)和信號轉導和轉錄激活因子3(signal transducers and activators of transcription 3,STAT3)。這些細胞因子參與細胞增殖、組織重建以及血管生成等過程。Zhou等[34]研究發現，在由氟他胺引起的尿道下裂大鼠中，傷口愈合產生延遲，并且這種延遲可能是由于多基因調節所致。另一方面，氟他胺可導致氧化應激損傷的發生，過度消耗抗氧化酶，使尿道閉合過程受阻[35]。氟他胺則可能是通過抑制細胞增殖等相關因子，增強細胞的氧化應激作用，誘導尿道下裂的發生。

(四)有機磷及有機氯農藥

Michalakis等[36]在患有尿道下裂的兒童及其父母的頭發和血液樣本中測量了磷酸二甲酯(di-methyl phosphate,DMP)、滴滴涕(diehloro-diphenyl-trichloro-ethane,DDT)等常見有機磷及有機氯農藥的濃度，發現與對照組相比，尿道下裂組中患者及其父母的頭發樣本中DDT濃度明顯高于相關職業接觸者；尿道下裂患者母親的頭發樣本中DMP的濃度顯著高于正常兒童母親的頭發樣本。由此猜測，有機磷酸鹽和有機氯農藥暴露可能是尿道下裂的潛在危險因素。

近年來，內分泌因素與尿道下裂之間的關系已經引起了學者們關注，特別是外源性內分泌干擾因素。雖然科學界早已認識到，在胎兒、新生兒以及成年期，暴露于內分泌干擾物(environmental endocrine disruptor,EED)會擾亂細胞正常的再生功能和發育過程。但是，工業化的飛速發展使得EED不可避免地侵入我們的日常生活中。罹患尿道下裂的兒童數量正在不斷增長，這不僅給患者的家庭造成困擾，對社會的進一步發展也會產生深遠的影響，針對EED導致的先天性尿道下裂急需引起衛生組織的高度關注。這對于預防先天性尿道下裂的發生以及控制該病在全世界范圍內逐漸增長的趨勢具有重要意義。