尿道下裂的基因特点及其研究进展

王欣，吴勇，孟庆娅，关勇

尿道下裂（hypospadias）是指在胚胎发育过程中，阴茎结构不完全闭合，尿道口沿阴茎腹侧移位形成畸形。男性新生儿尿道下裂的发病率为5‰～8‰，且呈上升趋势，是发病率仅次于隐睾的先天性睾丸未降畸形（undescended testis）[1]。法国人Barcat按矫正下弯后尿道口退缩的位置对尿道下裂进行分型，分为前段型（尿道口位于阴茎头腹侧面，正常尿道口的下端或冠状沟）、中段型（尿道口位于阴茎干）及后段型（尿道口位于阴茎根部及阴囊之间、阴囊、会阴）[2]。这种分类和评估方式虽然简单，但是并没有将组织发育不良、阴茎大小、龟头大小及尿道板数量、海绵体分裂程度及阴囊异常等这些对矫正术有重要影响的因素考虑进去，因此，更加详细的分类也只有在术中才能完成。与尿道下裂相关的综合征约有200多种，主要包括肾母细胞瘤、无虹膜、泌尿生殖系统畸形及精神发育迟滞[3]。目前，研究发现多种因素均与尿道下裂有关，包括遗传因素、产前激素不足、母体胎盘因素及环境影响，因此，尿道下裂往往是多因素结合的产物[4]。从基因及遗传因素分析，尿道下裂具备明显的家族聚集性，7%的患儿会影响第一、第二或第三代亲属。其中，前段性和中段性的遗传易感性表现得更为明显[5]。尿道下裂受父母双方等同的遗传影响，约占57%～77%[6]。30%的尿道下裂可以找到明确的遗传因素[7]。现对近年尿道下裂分子遗传研究的进展进行综述。

1 尿道下裂直接相关的染色体异常

目前已有报道提出，许多睾丸发育异常可能造成性腺发育不良，例如Swyer综合征。因此，睾丸发育相关的遗传因素改变，可能也是尿道下裂的病因之一。有研究显示，WT1（wilms tumor 1）基因杂合突变与严重的尿道下裂及生殖器畸形有关[8]。SF1基因是一类由NR5A1编码的转录因子，位于染色体9q33.3，属于NR5A家族，是参与性腺、肾上腺、下丘脑发育的关键转录因子。SF1突变导致性别障碍、肾上腺皮质功能不全、无精及尿道下裂，与孤立尿道型下裂有关[9]。SOX9、DMRT1和GATA4在性腺发育成睾丸前就开始发挥功能，且其基因遗传的改变可能与包括严重尿道下裂在内的男性性发育障碍（disorders of sex development，DSD）有关。其中SOX9及其调控区域突变会影响睾丸发育，继而导致DSD。进一步检测显示，SOX9蛋白在尿道板上皮、包皮腺、阴茎海绵体和腹壁外胚层中均有表达，在小鼠模型中调控其表达可能改善尿道下裂的情况[10]。此外，有约7%的尿道下裂患儿可检测出性染色体异常（例如Krimelelter综合征、48，XXYY） 及其他嵌合突变 [如45，X/46，XYq－、45，X/46，Xidic（Yp）、45，X/69，XXY等][11]。

2 与尿道下裂直接相关的基因突变

越来越多的研究者开始关注尿道下裂与基因突变之间的关系，然而，随着研究的不断深入，仍有许多重要基因的功能值得探索。目前，后段型尿道下裂更倾向于是一种单基因突变疾病，而前段型的病因则常伴有多基因突变或多种其他因素[6]。

影响男性外生殖器发育的三大途径包括雄激素非依赖型、雄激素依赖型、内分泌及环境因素[12]。在生殖结节发育的早期，雄激素非依赖型途径是最重要的激活途径，同时此途径依赖于骨形成蛋白（bone morphogenetic protein，BMP）、Wnt5a（winglesstype MMTV integration site family member 5A）、成纤维细胞生长因子（fibroblast growth factor，FGF）、SHH（sonic hedgehog）以及同源盒基因A（homeobox A，HOXA）的功能[13]。

阴茎的发育需要HOXA、HOXB、HOXD基因的参与，敲除小鼠这些基因均会诱发生殖器发育缺陷[14]。其中，HOXA4和HOXB6是中国人群中最常见的突变基因，此外，还检测出BMP4和BMP7的基因突变[15]，HOXA13突变常出现于手足生殖器综合征（hand-foot-genital syndrome，HFGS）人群[16]。一些特有的FGF基因家族成员与生殖器官发育有关，有研究在动物模型试验中发现HOXA13通过BMP7和FGF8调节雄激素受体（androgen receptor，AR）表达和平滑肌血管生成[17]，还有研究在小鼠动物模型中发现FGF10与雄激素信号有关[18]。有研究表明SHH表达于尿道板上皮细胞，在生殖器发育中发挥重要作用，参与细胞生长分化[19]。

3 尿道下裂相关激素合成及功能障碍的基因

越来越多的证据表明，雄激素合成或者AR及其信号通路异常与尿道下裂密切相关。如5α-脱氢酶Ⅱ，可以将睾酮转化为脱氢睾酮，在一些严重的尿道下裂并伴有其他生殖系统畸形的患者中，可以检测到相关基因SRD5A2的突变[20]。

黄体生成激素受体（luteinizing hormone receptor，LHR）基因的改变与尿道下裂及小阴茎有关[21]。3β-羟基类固醇脱氢酶功能障碍导致睾丸、肾上腺功能异常，最终造成尿道下裂及肾上腺功能障碍，这类患儿往往伴有高水平的脱氢表雄酮和17-羟基孕烯醇酮[22]。还有一些少见的基因缺陷，如STAR和CYP11A1，由于此类基因缺陷导致严重的去雄激素化。此类尿道下裂患儿常伴有17α-羟化酶或CYP11A1氧化还原酶的缺乏[23]。总之，激素相关基因异常所导致的尿道下裂约占全部患儿的20%[24]。

4 尿道下裂与雄激素抵抗

AR基因定位于X染色体上，介导雄激素的生物功能[25]，其表达贯穿于阴茎和尿道发育的全过程。在尿道下裂患儿中，研究者检测出睾酮（testosterone）和二氢睾酮（dihydrotestosterone，DHT）与AR的结合能力下降，进一步研究显示，此类患儿存在严重的AR基因突变[15]。此类患儿血浆中睾酮水平往往是正常的，但其对雄激素的敏感性下降。除了基因突变，AR基因氨基端多聚谷氨酰胺重复域的长度也会影响AR的转录激活，其中被CAG重复编码的较长的多聚谷氨酰胺重复序列增加尿道下裂的风险[26]。

AR基因异常是染色体正常的严重性DSD患者的经典突变基因。然而，仍有约3%的单纯尿道下裂患儿存在此基因突变[27]。即使是很小的突变形式，已经可能造成严重的生殖器畸形或者孤立性不孕。还有更多的AR突变型尚待研究，辨别这些AR突变的生物学意义有助于揭示激素水平与这些患儿性成熟的关系，同时向父母提供准确的遗传咨询信息。

5 尿道下裂相关的其他基因突变

有许多其他的基因与尿道下裂有关。通过全基因组测序和病例对照研究发现，编码甘油二酯激酶K的DGKK基因的2个单核苷酸多态性（SNP）位点（rs1934179和rs7063116）与尿道下裂密切相关[6]。特定的等位基因可以使尿道下裂的发病风险增加1倍，然而DGKK基因的功能和作用还有待进一步研究。在小鼠模型中，DGKK基因参与了尿道板和周围间质细胞的分化[28]，当此类遗传变异与环境因素，特别是农药暴露相结合时，显著增加了尿道下裂的风险[29]。

MAMLD1（mastermind-like domain containing 1）是近年发现的性发育障碍主要致病基因，其主要的临床表现为尿道下裂[30]。大量体外实验提示，MAMLD1突变影响性发育关键时期的睾酮分泌，从而产生尿道下裂等性发育障碍，MAMLD1基因也是目前的研究热点。

ATF3也是尿道下裂的热点基因，其在尿道下裂患儿皮肤中的表达显著高于正常儿童[31]。其mRNA的表达量受小鼠雌激素水平调节。尿道下裂患儿包皮中ATF3蛋白表达量远高于正常儿童。在体外试验中，乙炔雌二醇激活ATF3启动子及下游序列的表达，同时，尿道下裂患儿也被检测出了多种ATF3基因的变异，而正常儿童尿道中不表达ATF3基因[32]。当然，尽管有证据提示ATF3基因与尿道下裂有关，其具体的功能和变异仍需要进一步研究。

6 结语和展望

大多数情况下，尿道下裂是基因及多种因素共同作用的产物，例如新生儿低体质量、母亲高血压、子痫前期、抗癫痫药物和糖尿病等。而与尿道下裂有关的基因包括BMP、FGF、HOXA、SRD5A2、CYP11A1等。此外，还有一些严重的综合征与尿道下裂相关，例如HOXA13基因突变引起的HFGS等。尽管目前有许多研究发现了大量尿道下裂相关基因，但仍需大样本病例对照研究来明确这些标志物的诊断效能及生物学意义。同时，随着测序技术的发展，外显子或者全基因组测序也将揭示基因与基因、基因与环境的相互作用，更好地探索尿道下裂的分子机制，从而探寻合适分子标记物及治疗干预的靶点。