中枢性性早熟遗传学研究进展

魏莹 周润雪 牛婧娅

天津医科大学总医院儿科 300052

性早熟是指青春期发育年龄早于相应种族预期平均年龄，低于平均值2～2.5个标准差通常作为诊断阈值。中枢性性早熟(central precocious puberty，CPP)源于下丘脑-垂体-性腺(hypothalamic-pituitary-gonadal，HPG)轴启动。家族性CPP定义为两个或多个家庭成员发生CPP。若中枢神经系统先天性或获得性病变和单基因性缺陷被排除时，即认为是特发性中枢性性早熟(idiopathic central precocious puberty，ICPP)。迄今所有队列研究女孩CPP患病率均高于男孩。丹麦一项研究估计，女孩性早熟(包括常见的变异以及CPP)患病率为0.2%，男孩小于0.05%[1]。中国性早熟总发病率为0.43%，女孩为0.48%，男孩小于0.38%[2]。

1 正常青春期启动

通常青春期发生在8～13岁女孩及9～14岁男孩中。已知青春期最早的生理事件是下丘脑脉冲式分泌促性腺激素释放激素(GnRH)增加；青春期最早体征如男孩睾丸增大和女孩乳房增大，发生在GnRH首次分泌增加的几个月到几年之后[3]。青春期启动时间变异至少有3种潜在机制。首先，生殖内分泌活动最初出现的时间可能存在差异；其次，GnRH神经元活性或下游信号事件的差异可能改变初始激活后生殖激素升高的速率，这种机制可以解释基因如何参与GnRH神经元的发育和迁移；第三，终末器官对生殖激素的反应性可能不同，从而改变了青春期生理特征所需的生殖内分泌活动的“阈值”[4-5]。

研究显示，青春期时间变异的60%～80%是由于遗传因素引起[6]。如母女之间以及同族个体之间初潮年龄相似；单卵双胞胎之间的青春期时序比双卵双胞胎或姐妹之间的青春期时序相关性更高[7]。许多小到中等规模的队列研究发现了候选基因与青春期启动的关联，同时不乏大规模的全基因组关联研究(genome-wide association studies，GWAS)。

青春期发育由抑制性、刺激性和允许性因子在其上游共同协调控制。Kisspeptin是一种在下丘脑、肾上腺和胰腺中表达的肽激素，是GnRH诱导HPG轴活动的有力刺激物。在每个Tanner阶段，女孩kisseptin水平常高于男孩，这似乎能解释女孩青春期更早于男孩[8]。Ieda等[9]的动物实验证实GnRH(1-5)(一种GnRH代谢产物)-GPR101[GnRH(1-5)受体基因]信号转导通过间接激活kisspeptin神经元促进黄体生成素(LH)释放，而谷氨酸能神经元可能介导该信号转导，提供了kisspeptin和GnRH神经元以及HPG轴相互作用的有力新证据。

人类的GWAS不仅包括正常青春期启动的人群，也包括青春期过早和延迟的人群，并发现不同性别之间影响青春期启动的基因有明显的重合部分，有些基因位点表现出不同的效应甚至相反的效应。Cousminer等[10]分析了这些性别特异性基因影响青春期开始时间的潜在机制。并有研究表明，常见的基因变异更容易导致女孩青春期过早，男孩则容易出现青春期延迟[11]。

2 CPP单基因病因研究

2.1 Kisspeptin基因(KISS1)和KISS1R的激活突变导致CPP Teles等[12]研究确定了CPP患者第1个单基因缺陷，即KISS1R基因1个杂合激活突变(p.Arg386Pro)。携带该突变的女孩自出生起就出现乳房轻微增大，随后呈线性生长加速，骨骼成熟超前，并在7岁时表现更加显著的第二性征。体外研究表明，该突变导致细胞内信号转导途径对kisspeptin的反应激活时间延迟。Silveira等[13]在KISS1中鉴定了一个杂合激活突变(p.Pro74Ser)。该变异是在一个1岁男孩CPP患者中发现的。他的母亲和外祖母是同一基因突变的携带者，而她们青春期发育正常，表明该表型的性别依赖性外显率不完全。体外研究发现，p.Pro74Ser突变具有更高的刺激信号转导的能力，从而导致kisspeptin的生物利用度更高。Ghaemi等[14]选择25例家族性性早熟受试者，评估GPR54在家族性性早熟中的变异。在GPR54中检测到3种不同的单核苷酸多态性(SNP)：13位受试者(52%)中存在rs10407968(24A>T)；16位受试者(64%)中存在 rs3050132(1091T>A)，并且在1位受试者(4%)中发现一个新的多态性(492C>G)，而3位受试者(12%)没有SNP。 该研究中88%的受试者存在SNP，支持GPR54基因SNP与家族性性早熟可能存在关联，而这种可能性以及这些多态性的潜在作用需要进一步研究。在所描述的病例中，患者均是杂合子，这与家族性CPP的常染色体显性模式一致。与CPP病例相关的KISS1R和KISS1的激活突变均有助于阐明kisspeptin途径在生理条件下青春期控制中的作用。

2.2 印迹基因MKRN3的失活突变导致家族性CPP MKRN3位于印迹基因座15q11-q13，与蛋白质泛素化有关。研究证明，它多泛素化NPTX1，这是另一种在青春期高度表达的功能未定的蛋白质，由于多泛素化通常导致蛋白质降解，NPTX1水平通常在青春期前保持较低水平，一旦MKRN3水平随着青春期开始下降，则NPTX2水平会升高[15]。MKRN3具有母体印迹，因此，患者仅在从父亲那里继承突变的等位基因时才出现CPP。

Abreu等[16]在2013年首次描述了MKRN3在CPP发病机制中的作用。对32例CPP患者(27例女性和5例男性)外显子进行测序，确定了来自5个CPP家庭的15名个体(8名女孩和7名男孩)，他们携带MKRN3失活突变。4个家庭有移码突变，而第5个家庭有1个错义变异。研究者还发现，小鼠弓状细胞核中MKRN3 mRNA水平在出生后第10天和第12天最高，随后下降，第18～22天达到最低点，标志着青春期的开始。因此认为MKRN3对青春期启动具有抑制作用，并且其功能丧失将有利于过早刺激GnRH分泌和青春期发育。Macedo等[17]研究了215例散发性CPP，确定了8例由MKRN3功能丧失突变引起的CPP。但是，直到现在，尚未建立能够准确预测青春期的临界值[18]。Hagen等[19]针对丹麦女孩的研究发现，青春期血清MKRN3水平降低15%；此外，与年龄匹配的青春期前女孩相比，早熟女孩的MKRN3水平更低。 Bessa等[20]报道了20例已诊断特发性CPP的男孩中有8例发生了MKRN3基因突变，证明先前被归类为特发性CPP的男性中MKRN3突变频率很高。一项荟萃分析证实MKRN3的缺陷是遗传性CPP的最常见原因，在家族性病例中，患病率介于33%～46%和0.4%～5%。Macedo等[21]对115例女孩CPP患者的基因组测序，旨在研究非编码区的可能致病变异，发现1例患者MKRN3近端启动子区存在罕见的杂合缺失。Ram等[22]的研究支持MKRN3 SNP rs12441827对韩国男孩性早熟的影响。目前已经报道了30多种不同的MKRN3功能丧失突变[23]。这些突变中有很大一部分是移码突变，影响了蛋白质的氨基末端区域。

2.3 印迹基因DLK1的失活突变导致家族性CPP Deltalike同系物1(DLK1)是另一种父系表达的印迹基因，位于染色体14q32.2，该区域包含一个印迹基因簇。DLK1是delta-notch通路的一部分，在垂体中，DLK1和notch信号通路在垂体细胞类型分化中发挥作用。母单亲二倍体、表观变异和父系缺失染色体14q32.2导致该区域父本表达基因(包括DLK1)的表达缺失。这些分子异常与Temple综合征有关。

Dauber等[24]在一个巴西家系中发现了DLK1印迹基因的一个复杂缺陷(包含该基因的第1个外显子的14 kb杂合缺失)；此外，测序分析还显示与DLK1的3号内含子有269 bp的重复，并与缺失相分离。同年Grandone等[25]对60例特发性CPP的女孩进行DLK1基因序列检测时，没有一个女孩有这种基因的突变。随后，Gomes等[26]描述了3个具有父系表达的DLK1功能缺失突变的新家族。他们在来自3个无关家族的5例患者中发现了DLK1外显子5的3个不同的移码突变(p.Gly199Alafs*11、p.Val271Cysfs*14和p.Pro160Leufs*50)。

3 其他潜在基因

对GWAS中的基因(LIN28B、TACR3、LEPR和ESR1)的常见和罕见变异进行分析，尚未发现它们与性早熟有明确关联。尽管在一些小规模的基因关联研究中发现了某些基因突变与性早熟的潜在相关性。这些基因包括与促性腺激素信号转导生物学相关的基因——GNRH1、LHB、FSHB、TTF1、EAP1、NPVF、NPFFR1，以及编码类固醇生成酶的基因——CYP19A1、CYP1A1、CYP17和CYP1B1。但这些小规模研究未给出任何明确结论。

4 临床综合征或染色体异常

少数研究报道了罕见的患有复杂表型的特发性CPP患者的病例，这些患者主要与临床综合征或染色体异常有关。迄今为止报道的CPP为以下遗传综合征表型谱的一部分。

4.1 Temple综合征(14号染色体父源缺失表观遗传异常及母源单亲二倍体) 临床表现为宫内和出生后生长受限、身材矮小、喂养困难、面部异常表现(轻微的眼睑下垂、鼻尖光滑、前额高等)，手脚发育短小、低血压及肥胖、性早熟等。

4.2 Silver-Russell综合征(11p15ICR1区甲基化异常和7号染色体母源单亲二倍体) 临床表现为宫内生长受限、出生后生长发育迟缓、喂养困难、身体不对称以及特殊的面部表现(如三角脸、前额突出等)和儿童期以上常见骨龄延迟、精神运动发育迟缓、肿瘤(睾丸肿瘤、精原细胞癌、肝细胞癌)、性早熟等。

4.3 Williams-Beuren综合征(7q11.23缺失) 可导致多系统障碍综合征，临床罕见。可累及多系统，内分泌系统可表现生长落后、甲状腺功能减退、 糖代谢异常、高钙血症、性早熟等。

4.4 Prader-Willi综合征(15q11-q13父源性染色体的表达异常) 在不同年龄阶段表现为肌张力低下、喂养困难、贪食、肥胖、身材矮小、生殖器发育不良、智力障碍、代谢异常及认知行为障碍等,也有性早熟报道。

综上所述，青春期启动是多因素参与的生理过程，病因复杂，目前其遗传学发病机制研究成果有限。进行更大样本和更多样化群组的研究，进一步寻找CPP相关致病基因的变异或变异位点，应用计算机技术对这些变异的致病性(即是否会导致蛋白结构和功能的改变、是否会影响剪接)进行预测，并结合临床分析其与疾病的相关性，将有助于明确CPP的发病机制，为其遗传诊疗方案的实施提供理论依据。