女性先天性促性腺激素性性腺功能减退症相关基因研究的新进展

牛静 陈士岭

一、先天性促性腺激素性性腺功能减退症

先天性促性腺激素性性腺功能减退症（congenital hypogonadotropic hypogonadism， CHH）是少见的生殖内分泌疾病，发生率1～10/100 000，男性患病率是女性的5倍左右［1］。女性CHH 的主要特征是：原发性闭经，第二性征缺如，嗅觉减退或丧失，但女性内生殖器分化正常。Kallmann 综合征（Kallmann syndrome，KS）：为嗅觉缺失或减退的CHH，占50%～60%；而嗅觉正常的CHH，称为nCHH（normnsmic CHH）。CHH 病因不清，目前认为是一种临床和遗传异质性疾病，可为单基因或多基因突变所致。部分表现为家族遗传性，部分为散发性。已报道的家族性遗传模式：X连锁隐性、常染色体显性或常染色体隐性的遗传模式［2］。

二、先天性促性腺激素性性腺功能减退症的相关基因

研究显示下丘脑促性腺激素释放激素（gonadotropin-releasing hormone，GnRH）功能异常或脉冲释放异常导致下丘脑垂体性腺轴功能低下是CHH 可能的发生机制。在胚胎发育期间，GnRH 神经元来源于鼻基板，与嗅觉神经元来源相同。嗅神经元轴突在正常情况下经过筛板和脑膜到达嗅球，GnRH 神经元则沿嗅神经穿过嗅球到达下丘脑。GnRH 神经向嗅球移行可分为两个时期，一是在嗅球形成之前，另一波迁移与嗅球形成有关。KS 通常是由于胚胎时期GnRH 神经元发育不良或迁移中断所致，同时，调节GnRH 神经元和嗅觉神经元迁移过程的基因发生突变也可能导致KS。KS 通常伴有先天性发育异常，如腭裂、单侧肾发育不全、手脚裂、短掌骨、耳聋和镜像运动（同步运动障碍）。而nCHH 的表型呈现多样化，主要是下丘脑位置正常的GnRH 神经元的功能障碍引起GnRH 的合成、分泌及功能异常所致，一般不伴有先天性发育异常［2-3］。

随着全外显子组及基因组测序技术的的广泛开展，更多的致病基因被检出，目前已被证实的致病基因超过50 个，目前与CHH 相关的基因列表见表1。

表1 CHH的相关基因

1.与Kallmann 综合征相关的基因

在KS 患者中，据报道存在X 连锁隐性遗传、常染色体显性遗传（AD）和常染色体隐性遗传（AR）的遗传模式。然而，KS常常是散发性的；即使是家族性的，在受影响的家族成员中，相同基因变异所导致的临床表型也是有差别的。因此，根据某些相关临床特征筛选出特定的基因变得极为重要。如运动发育障碍（KAL1）、牙齿发育不全（FGF8/FGFR1）、指骨异常（FGF8/FGFR1）和听力受损（CHD7、SOX10）。

（1）ANOS1（KAL1）

ANOS1基因，也被称为Kallmann syndrome 1（KAL1）基因，是第一个被发现与KS 相关的基因，具有X连锁隐性遗传模式。ANOS1位于Xp22.31号染色体上，由14个外显子组成，编码一种含有680个氨基酸的细胞外粘附蛋白，即嗅因子（Anosmin-1），通过硫酸肝素蛋白聚糖（HSPG）与细胞膜结合。ANOS1基因对嗅觉神经元和GnRH 从鼻基板向轴突引导和迁移至关重要。在KS 患者中ANOS1基因突变的发生率为10%～20%，Gonçalves CI的研究也发现了新的剪接受体突变位点（c.542-1G＞C）［4-5］。与此基因相关的临床症状包括运动发育障碍和单侧肾功能发育不全，在KS 患者中的发生率分别为75%及30%［6］。

（2）FGFR1、FGF8及其相关基因（FGF17、IL17RD、DUSP6、SPRY4、FLRT3、KLB）

纤维细胞生长因子受体1（FGFR1）是受体的酪氨酸激酶超级家族的一员。在胚胎发育过程中，ANOS1 与FGFR1 共同位于嗅球，FGFR1 需要ANOS1和HSPG作为共同受体。Gach A 等研究发现ANOS1在FGFR1信号通路中发挥重要作用；FGFR1功能障碍会引起严重的生殖异常，可引起严重的常染色体显性遗传方式的KS、nCHH以及青春期发育延迟［7］。约10%的KS 患者伴有FGFR1的失活突变［8］。Raivio T 等研究显示在134 例nCHH 患者中，有7%检测到FGFR1的功能缺失突变，这也表明FGFR1应该是nCHH患者的主要筛查基因［9］。

FGF8 是FGFR1 的配体，也与GnRH 神经元的迁移有关。在388 例CHH 患者中进一步筛选FGF8相关基因，发现FGF17、IL17RD、DUSP6、SPRY4和FLRT3存在失活变异［10］，而这5个基因均为FGF8超级家族的成员。

（3）PROK2和PROKR2基因

PROK2基因编码一个G 蛋白偶联受体（PKR2）。PROK2-/-小鼠的GnRH神经元，表现出嗅球发育不全，低促性腺激素性性腺功能减退。Abreu AP等在KS 患者中检测到PROKR2或PROK2的失活变异，大多数是杂合突变，也存在纯合突变和复合杂合突变。在nCHH中也发现此基因突变。PROK2或PROKR2突变的患者的表型存在较大的异质性，已发现多种伴随的临床特征，包括纤维发育不良、运动障碍和癫痫，PROKR2和PROK2突变的CHH 患者常合并其他基因突变［11］。

（4）CHD7

CHD7基因编码染色质域-解螺旋酶-DNA 结合蛋白，在嗅球和GnRH 神经元的发育上起着一定的作用。2008年Kim H首先报道了与KS相关的CHD7基因的杂合突变；目前报道的CHD7的基因突变约占CHH 病例的7%，而在合并有耳聋的KS 患者中，其突变率高达40%。对197 例CHH 患者进行了CHD7的筛查，在3 例KS 和4 例nCHH 患者中发现了CHD7突变［12］。Jongmans MC等学者发现56例KS/nCHH患者中有3例发生了CHD7突变［13］。

（5）SEMA3A及SEMA3E

SEMA3A编码轴突导向因子3A是一种与神经纤毛蛋白相互作用的蛋白质。缺乏轴突导向因子3A表达的小鼠已被证明具有KS 综合征表型。对大量的KS 患者进行筛查，发现了多种单等位基因突变，其中一些突变与其他导致KS 的基因突变共存［14］。有研究对50 例KS/nCHH 进行基因检测，在3 例KS 患者中发现SEMA3A和SEMA7A的杂合错义突变，其中2 例合并FGFR1突变；在1 例男性nCHH患者中发现2个罕见的SEMA7A杂合突变，以及KISS1R无义突变［15］。

轴突导向因子3E（SEMA3E）是一种调节轴突生长的分泌蛋白。有研究在两个患有KS 的兄弟中检测出SEMA3E的错义突变。功能研究表明，SEMA3E 可能作为下丘脑GnRH 神经元成熟过程中的营养因子［16］。

（6）SOX10

敲除了SOX10的小鼠表现出嗅觉神经通路上的嗅觉鞘细胞缺失。SOX10的失活突变会导致Waardenburg 综合征，这是一种罕见的以色素沉着异常和听力障碍为特征的疾病。研究显示近1/3 合并耳聋的KS患者可检测到SOX10的失活突变［17］。

（7）IGSF10

IGSF10 是免疫球蛋白超家族的成员。IGSF10基因敲除研究显示，GN11细胞系中GnRH神经元的的迁移减少。尽管GnRH 神经元的迁移受损，但携带IGSF10突变的患者仍有正常的嗅觉。下丘脑神经元数量减少或延迟到达导致较轻的GnRH 神经元功能缺陷，多引起青春期延迟、非永久性的CHH［18］。

2.与nCHH相关的基因

与KS 相比，筛选nCHH 的致病基因与HPG 轴和青春期的功能更相关。在一项对22个nCHH家族的研究中，发现GNRHR、TACR3、TAC3、KISS1R和KISS1这5 个基因在77%的患者中发生突变。其中GNRHR和TACR3是最常见的基因突变［2］。

（1）GNRH1和GNRHR

GNRH1和GNRHR是CHH 病因学中最明确的候选基因。GNRH受体（GNRHR）是一种由328个氨基酸构成的G 蛋白偶联受体。GNRHR基因突变是CHH患者中确定的第一个基因突变，占常染色体隐性遗传模式的nCHH患者的40%～50%，约占散发性nCHH的17%；目前发现的GNRHR基因突变位点包括p.R139H p.Gln106Arg，p.Val134Gly，p.Arg139Cys，p.Arg262Gln 及p.Tyr283His 等。一项对110 名nCHH患者的研究中，11名患者（10%）携带双等位基因GNRHR［19-20］。2019年的一项研究中首次报道了家族性nCHH患者携带GNRHR纯合无义突变［21］。而早在2009 年已有研究首次报道了GNRH1的失活纯合突变可引起nCHH［22］。到目前为止，已经发现了超过25 种不同的GNRHR突变。有研究报道，经过激素替代治疗，一例携带GNRHR纯合突变的CHH 患者的表型发生了逆转，这可能提示此突变仅引起部分GNRH 功能缺失，激素治疗可能改善基因异常引起的功能障碍［19］。

（2）KISS1和KISS1R

Kisspeptin 神经元位于大脑的视前区和人下丘脑的漏斗核，对HPO 轴的作用主要表现为促进GNRH 的分泌，进而促进促性腺激素的合成和分泌。它由基因KISS1编码；Kisspeptin 是G蛋白偶联受体54（GPR54）的配体，因此GPR54 也被称为KISS1R［23］。GnRH神经元内有KISS1mRNA和KISSRmRNA 的表达，其表面可见Kisspeptin 受体的表达。Kisspeptin 脉冲性释放节律与GNRH 脉冲式分泌基本同步。注射Kisspeptin后，GnRH神经元胞体内的GnRHmRNA 表达增多［24］。2003 年首次报道了在家族性CHH患者发现了KISS1R基因突变，KISS1或KISS1R基因敲除小鼠均表现出类似CHH 的表型。携带KISS1和KISS1R失活的突变可能表现出CHH和青春期延迟的症状。目前，已经报道了超过30种的KISSR的基因突变，这些突变可表现出不同的临床特征，如青春期发育不全、不孕、伴有小阴茎及隐睾症的男性性腺功能减退症［25］。

（3）TAC3和TACR3

Neurokinin B（NKB）是速激肽家族的成员，由速激肽3 基因（Tachykinin3，TAC3） 基因编码。NKB神经元主要分布于下丘脑弓状核以及下丘脑前区，它通过GnRH 神经元刺激LH 的分泌。在4 个nCHH家族的9例患者中发现了TAC3或TACR3编码序列的纯合子非同义突变［26］。Gianetti 等在345例中发现了19 例（5.5%）的TAC3或TACR3突变［27］。研究发现在经过外源性激素的治疗后，10%的nCHH患者会出现临床症状的逆转［28］。2018 年Topaloğlu A K等学者的研究显示：16例不同家族及种族的患者中有3例于治疗后出现临床恢复，而这些患者均携带相同的TAC3或TACR3突变［2］，这也为研究CHH基因突变与表型的关系提供了线索。

（4）LEP和LEPR

CHH 与编码瘦素（LEP） 或编码瘦素受体（LEPR）的基因突变引起瘦素缺失有关。在LEP 缺陷患者中使用瘦素可以恢复正常的青春期发育，但不会导致青春期前儿童提前进入青春期，这提示瘦素是人类青春期发育的重要因素。在CHH 患者中发现LEP及LEPR的失活突变，这些突变在nCHH患者中呈常染色体隐性遗传［29］。

（5）CCDC141

CCDC141编码一个在GnRH 神经元中表达的包含卷曲螺旋域的蛋白。已有报道在四个独立的CHH家族病例中检测到CCDC141的失活变异，而携带这种变异的患者的嗅觉功能正常，嗅球位置正常，这也证实CCDC141的失活变异会引起nCHH。在动物模型中，CCDC141的敲除导致胚胎GnRH神经元迁移减少，而并不影响嗅觉轴突的生长［30］。

随着基因测序技术的发展，越来越多CHH 相关的致病基因被发现。CHH相关基因的研究为靶向诊断分子遗传学研究提供了基础，且有可能转化为新的治疗方式。