原发性卵巢功能不全遗传学病因的研究进展

综述原发性卵巢功能不全遗传学病因的研究进展摘要：原发性卵巢功能不全（primary ovarian insufficiency，POI）的高度遗传异质性使遗传病因研究正面临巨大挑战。

已知的特发性卵巢功能不全散发病例中基因变异发生率可达约25%～30%。

目前广泛认为POI是一种由多基因决定的遗传倾向性疾病，不同人群间及不同种族间存在显著差异。

近年来，基因组测序技术被广泛用于散发病例的家系研究，成功发现了包括HFM1，SYCE1，STAG3，MCM8，MCM9，CLPP，HSD17B4，SOHLH1，eIF4ENIF1，RCTBT1，RCBTB1，SGO2，PSMC3IP和NUP107等诸多POI致病基因，巧合的是，其中大多都是参与减数分裂或DNA 损伤修复的重要调控因子。

卵巢功能不全涉及的候选基因之多，致病基因突变率之低，综合征型POI表型之复杂，都使找到真正的POI 致病基因难度增加。

POI的病因研究具有极大的发展前景，其诊疗也将因此得到革命性的革新。

本文综述了近年来通过不同研究方式得到的POI遗传学相关基因，为临床诊断和患者的临床个性化诊治提供理论基础。

关键词: 原发性卵巢功能不全，卵巢早衰，基因突变，遗传致病因素原发性卵巢不全的定义与发展原发性卵巢功能不全（primary ovarian insufficiency，POI）最早由Fuller Albright提出以区分继发性卵巢功能不全[1]。

2008年美国生殖医学学会（ASRM）正式使用该术语取代卵巢早衰（premature ovarian failure，POF）[2, 3]，并以FSH 水平、生育能力和月经情况将疾病进程分为“隐匿性原发性卵巢功能不全”（occult POI）和“临床性原发性卵巢功能不全”（overt POI）[4]。

隐匿性POI主要以不孕为主诉，前期表现出正常月经及生化水平，仅有生育力下降，临床检查双侧卵巢总窦卵泡数<6个，抗苗勒管激素（AMH）水平低于0.5~1.1ng/ml(1ng/ml=7.14pmol/l)[2]，通常在1～6年后发展为临床性POI，低AMH反映卵巢储备低下，也预示着生育力保存治疗成功率可能较低。

欧洲人类生殖与胚胎学会（ESHRE）将“primary”更改为“premature”并发布专家建议（GPP）将卵巢功能降低的早期表现FSH的诊断阈值降低，即（1）年龄≤40岁；（2）月经稀发／闭经≥4个月；（3）间隔4周两次随机FSH>25IU/L，从而关注育龄期患者的生殖健康。

早发性卵巢功能不全（premature ovarian insufficiency, POI）在小于40岁的女性中一般发病率约为1% [5]，近年来呈低龄化趋势。

通常发现于不可逆的生殖力损伤，因此难以做到早期诊断、早期干预。

其病理机制基本分为卵泡耗竭和卵泡功能障碍[2]。

前者是卵巢内缺乏原始卵泡，后者是卵巢中的卵泡不能正常成熟。

早发性卵巢不能不全导致的生育力下降和低雌激素水平可能带来的骨质疏松、心血管疾病风险增加[6, 7]正在威胁着女性的生活质量，因此对发病机制的研究正受到学界的广泛关注。

目前公认病因包括：1、医源性因素；2、环境因素或感染[8]；3、免疫性因素：[9]；4、遗传性因素。

有50-80%的POI与遗传学因素相关，已知的特发性卵巢功能不全散发病例中基因变异发生率可达约25%～30%。

近期有数据提示POI与发病率和死亡率显著相关[10]，认为这与遗传性POI的基因突变引起的卵巢外影响有关。

目前广泛认为POI是一种由多基因决定的遗传倾向性疾病，人群间及不同种族间存在显著差异。

这种高度遗传异质性使遗传病因研究正面临巨大挑战。

卵巢功能不全涉及的候选基因之多，致病基因突变率之低，综合征型POI表型之复杂，都使找到真正的POI致病基因增加难度。

原发性卵巢功能不全的遗传学病因研究据报道，POI家庭遗传发生率在4%-31%[11, 12]，家谱分析发现POI呈现家族聚集性现象[13]，其遗传模式遵照常染色体显性或隐性遗传或不完全外显的X连锁遗传模式[14]，具有多样化表型。

X染色体异常解释了13%的特发性POI病例[15]。

其中以一条性染色体全部缺失（45，X）或部分缺失所致的特纳综合征（Turner’s Syndrome）最为常见。

FMR1基因前突变（fragile-X mental-retardation l）在散发病例中占约2%-6%[16]。

常染色体上的基因突变筛查也发现了近百种基因，有些已经被证实可诱发POI 。

大量的动物模型证实非综合征型POI的相关基因缺失可导致类似卵巢功能不全的表型，有的影响性腺发育、DNA复制/减数分裂、DNA损伤修复、激素信号传导、免疫功能和新陈代谢等各种过程。

包括卵泡生成的相关基因(如NR5、NOBOX、FIGLA、FOXL2等)、卵泡发育的相关基因（如BMP15、GDF9、inhibin A等）、激素合成的相关基因（如FSH、FSHR、LH、LHR等）[17]。

大多数的特发性POI病因不明，近年来在第二代测序技术和全外显子测序技术的带动下，POI的遗传学研究取得了诸多进展，也对不孕不育提出了创新性的治疗手段。

POI致病基因与减数分裂和DNA损伤修复近年来NGS技术在研究POI遗传病因方面最为瞩目的成就就是揭示了许多减数分裂和DNA损伤修复相关的致病基因。

卵母细胞在胚胎形成时期进行减数分裂，参与该过程的基因突变会干扰减数分裂进程并引发卵母细胞凋亡。

减数分裂前期经历了联会复合体的形成和DNA双链断裂修复[18]，STAG3、REC8、SMC1B和RAD21L基因编码的内聚蛋白家族具有减数分裂特异性，是姐妹染色单体联会环节的重要蛋白。

STAG3基因的两个转录本因截短突变而失活[19]。

STAG3基因缺陷雌性小鼠胚胎卵母细胞出现着丝粒染色体黏连缺陷，分裂停滞在减数分裂前期，一周内便出现卵母细胞耗竭[20]。

SYCE1基因编码联会复合体的基本组份，与减数分裂中同源染色体配对密切相关。

SYCE1基因的纯合突变可导致POI[21]，基因缺陷小鼠性腺发育不全，雌性小鼠表现为卵泡缺失及不孕[22]。

在白种人和中国患者中都曾报道过不同的SYCE1基因微缺失[23, 24]。

MCM8和MCM9基因是染色体同源重组过程中高度保守的必需蛋白[25]。

某家系中三姐妹同时患有POI和甲状腺功能减退，发现MCM8的致病性突变抑制了损伤修复的招募过程，从而影响基因组稳定性[26, 27]。

MCM9基因突变可导致体细胞DNA损伤修复异常所导致的身材矮小型POI[27]，单纯性POI[28]，以及与结直肠癌相关的卵巢功能减退[29]。

MCM8和MCM9基因缺失小鼠出现减数分裂缺陷、卵母细胞退化和卵巢肿瘤，表现为不育并因生殖细胞消耗而呈现性腺发育不全表型[30]。

目前MCM8和MCM9是否使机体易患癌症尚不清楚，其POI致病相关分子途径仍需进一步探讨。

同源染色体重组中间体只有足够稳定才能支持交叉过程，这需要解旋酶HFM1及MSH4-MSH5二聚体的参与。

HFM1基因编码DNA解旋酶，在睾丸和卵巢等生殖系统组织中优势表达，主要参与减数分裂过程中同源重组和联会过程。

散发POI病例和SA患者中发现了HFM1基因的复合杂合突变[31, 32]。

同时，HFM1基因敲除小鼠表现出卵巢中卵泡数量显著减少[33]。

近期还发现了MSH4纯合供体剪接位点的致病突变，导致MSH4蛋白内部缺失[34]。

另外发现MSH5基因的纯合突变[35]，也在小鼠模型中被证实可损害DNA修复过程。

PGBD3基因编码蛋白参与DNA修复，其杂合突变使融合基因蛋白对DNA 损伤的反应异常而导致POI[36]。

另一个重要的DNA修复途径FANC也被报道与POI相关[37]，生殖系在内的许多祖细胞中都有FANC表达，涉及到FANCA，FANC及FANCG在内的至少20种蛋白质。

FANC基因敲除小鼠模型表型为性腺发育不全，卵巢滤泡耗竭[38]。

近有家系研究发现FANCM基因的纯合突变与非综合征型POI致病相关[39]。

FANCM双等位基因突变易患癌症，尤其是女性早期乳腺癌[40-42]。

这些都能够为不孕和DNA损伤及癌症基因之间的遗传学联系提供证据。

另有观点认为编码RecQ螺旋酶的BLM、RECQL4、WRN基因参与减数分裂重组，若突变则在人类中表现为衰老、癌症，以及POI或生育率降低[43-45]，目前尚未在哺乳动物中得到验证。

POI患者可能携带“癌症易感性基因”的突变，近年来已确定POI和肿瘤易感基因（STAG3、MCM9、FANCM）之间的遗传联系，增加了临床对不明原因的POI散发病例进行遗传诊断的必要性，并需进一步完善患者的遗传咨询和长期随访。

POI致病基因与卵泡生长发育始基卵泡的募集始于人类孕17周，小鼠出生后第4-5天，在收到激活信号或中断抑制信号的诱导作用前长期处于休眠状态。

卵母细胞表达了一些信号分子或转录因子，有的使静止状态得以保持（FOXO3，LHX8），有的参与激活PF （Sohlh1，Sohlh2，NOBOX）。

FOXO3，LHX8都是PI3K/Akt信号通路上的效应因子[46]，特异性去除卵母细胞的刺激因子Kit，Pdpk1，Rptor，Rps6后，可阻碍卵泡激活、诱导PF凋亡，而抑制因子Pten,，Cdkn1b，Tsc1，Tsc2，Stk11的缺失可导致早发性完全性PF激活[47]。

始基卵泡激活后，早期鳞状颗粒细胞向立方颗粒细胞转化。

FoxL2敲除小鼠表现出转化过程障碍，导致卵母细胞凋亡，卵泡耗竭[48]。

AMH能够反映这一转变过程，并有抑制PF激活的作用，AMH敲除小鼠出现卵泡池的加速耗竭[49]。

早期卵泡生长过程直到窦前期都没有促性腺激素的参与，主要依靠卵母细胞与颗粒细胞的相互作用，其中最重要的就是缝隙连接、SMAD和PI3K/Akt通路。

敲除SMAD信号通路的重要信号分子GDF9，可在小鼠中表现出卵泡发育停滞在初级阶段[50]。

同样敲除Kit或Kitlg以抑制PI3K/Akt通路会导致卵泡发育停滞在初级卵泡阶段。

有实验通过靶向敲除或激活IGF1，IGF1R，IRS2，Rictor或FOXO3等，证明PI3K/Akt通路并非仅在始基卵泡激活中发挥重要作用，同时也维持了卵泡存活及初级阶段卵泡的进一步发育[51, 52]。

卵泡发育的最后阶段依赖于促性腺激素FSH和黄体生成素（LH）的作用。

IGF1和各类TGFb家族平衡着卵泡的存活和闭锁。

在颗粒细胞中靶向敲除非经典孕激素受体PGRMC1能够抑制窦卵泡发育，增加卵泡闭锁[53]。

细胞特异性缺失雄激素或雌激素功能的小鼠模型提示缺少类固醇激素作用会导致在卵泡发育停滞，无法排卵[54, 55]。