耿 天 綜述，孫 發(fā) 審校

(1.貴州醫(yī)科大學，貴陽 550004；2.貴州省人民醫(yī)院，貴陽 550002)

尿道下裂是一種男性陰莖及前尿道發(fā)育不全及開口位置異常的先天性生殖器畸形，在小兒泌尿系統(tǒng)畸形疾病中比較常見，國外報道尿道下裂發(fā)病率可達4‰～8‰[1-2]。目前尿道下裂的病因和機制尚不明確，已報道的研究表明多數(shù)尿道下裂與產(chǎn)婦年齡、內(nèi)分泌水平、服用藥物(促排卵藥、抗癲癇藥等)、新生兒體重、先兆子癇及環(huán)境因素相關(guān)，少數(shù)的尿道下裂形成可能是由于單基因突變引起，也可能與各種性染色體或常染色體異常有關(guān)。

Y染色體性別決定區(qū)(sex-determining region Y，SRY)基因與性別分化及生殖器的發(fā)育密切相關(guān)。研究表明SRY基因可能是性別分化某個關(guān)鍵環(huán)節(jié)中起開關(guān)作用的因子之一，在哺乳動物中SRY基因的作用和地位可能更加明顯[3]。近年來隨著表觀遺傳學、分子診斷技術(shù)的發(fā)展，有學者提出SRY基因的改變與先天性尿道下裂的發(fā)生有關(guān)。本文主要對國內(nèi)外SRY基因在先天性尿道下裂中的作用研究進行綜述。

1 SRY基因的結(jié)構(gòu)、功能和分化機制

1.1 SRY基因的結(jié)構(gòu)

SRY基因位于男性Y染色體短臂Yp11.3，采用逆向遺傳學方法對該基因的結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)錄單位及其啟動子進行了初步鑒定,及通過對SRY基因的cDNA序列和基因組比對發(fā)現(xiàn),SRY基因無內(nèi)含子結(jié)構(gòu),只含有1個外顯子，轉(zhuǎn)錄單位全長約1.1 kb，該基因有1個多聚腺苷酸位點(AATAAA)和兩個轉(zhuǎn)錄起始點，其間是1個開放閱讀框架(open reading frame,ORF)，可編碼204個氨基酸，在基因的5′端和3′端的兩側(cè)分別是長達1.1和1.0 kb的富含AT區(qū)。在SRY基因上游非翻譯區(qū)及富含GC區(qū)內(nèi)還有2個SRY蛋白質(zhì)的結(jié)合位點SRY-CS+和SRY-CS-。

1.2 SRY基因的功能

SRY基因是編碼睪丸發(fā)育中的一種決定性基因，研究發(fā)現(xiàn)SRY基因在小鼠受精后胚胎發(fā)育的第10～12天于生殖嵴體細胞表達，第11天表達水平最高，一旦生殖嵴發(fā)生性別分化，SRY基因表達水平就開始降低。小鼠的性別明顯分化發(fā)生在受精后胚胎發(fā)育的第11天，此時雄性性腺呈條紋狀,SRY基因的表達正好發(fā)生在睪丸開始形成之前到結(jié)束的2 d內(nèi)，這恰好驗證了SRY基因?qū)π詣e分化的調(diào)控，這種極短時間的表達峰也表明SRY基因啟動睪丸的發(fā)育，但卻不維持睪丸的發(fā)育[4-6]。與小鼠類似，人類SRY基因的表達也決定了睪丸的形成。人類生殖嵴大約在妊娠后33 d形成，而SRY基因的表達在妊娠第41天的XY型胚胎內(nèi)可以開始檢測到，表達水平達到高峰的時間為妊娠后第44天，此時睪丸索剛好可見。但人類SRY基因在性腺中表達并不消失，成年時仍有表達，且存在于許多組織中，且在人類中表達開始于妊娠的第6周后的整個妊娠期間[7]。研究發(fā)現(xiàn)，SRY基因是決定性別的遺傳基礎(chǔ)[3]，也是睪丸決定因子(testis determining factor,TDF)之一，能夠啟動哺乳動物睪丸的發(fā)育與分化，是睪丸發(fā)育負調(diào)節(jié)的抑制因子[4-5]。有學者研究的轉(zhuǎn)基因鼠實驗是SRY基因的性別決定功能最好的證明，他們將SRY基因14 kb的DNA片段注射到具有正常XX基因組小鼠的受精卵中，該XX胚胎繼而具有睪丸、雄性附屬器官和陰莖的發(fā)育[8]。SU等[9]研究也證明SRY基因與胎兒睪丸的成熟、雄性附屬器官分化發(fā)育、陰莖的發(fā)育、精子發(fā)生、成熟及早期胚胎發(fā)育都密切相關(guān)。可以看出SRY基因存在于Y染色體的性別決定區(qū)內(nèi)，該區(qū)域也調(diào)控哺乳動物的雄性發(fā)育[10]，且SRY基因可能除性別決定的功能外還有其他與雄性發(fā)育相關(guān)的廣泛作用。

1.3 SRY基因影響性別分化的機制

雄性胎兒正常的性別分化過程包含3個階段，且是在連續(xù)、有序和相互級聯(lián)的關(guān)系下形成的，其正常胚胎分化和發(fā)育的過程以SRY基因為主導，在一系列基因的共同協(xié)調(diào)表達下調(diào)控完成。第1階段在受精時已被確定，即性染色體(XY)。第2階段在SRY基因的誘導下，未分化的生殖腺始基分化成睪丸，即生殖腺性別的確定。第3階段是在睪丸分泌的雄性激素及前睪丸因子等誘導下，內(nèi)外生殖器分化為男性的階段，即性別的表型確定。SRY基因可能是男性性別決定的起點，也是胚胎早期干預人類性分化的重要樞紐，并在胚胎早期的性分化的級聯(lián)反應中起著調(diào)控作用，同時也對其下游的基因起著重要的開關(guān)調(diào)節(jié)作用[11]。胚胎發(fā)育的第7周，在SRY基因編碼蛋白的影響下，啟動下游的基因表達，誘導體腔中的上皮細胞分化出支持細胞，同時間質(zhì)分化出間質(zhì)細胞，睪丸支持細胞和間質(zhì)細胞共同作用參與睪丸的發(fā)育[12]。約在妊娠8周時胚胎睪丸發(fā)育中的間質(zhì)細胞分泌雄激素，雄性激素睪酮在胚胎發(fā)育中主要誘導中腎管的男性化，睪酮在Ⅱ型5α還原酶(steroid 5-reductase,SRD5A2)作用下轉(zhuǎn)化為雙氫睪酮，雙氫睪酮則依次誘導外生殖器、尿道和前列腺的形成[13]，所以SRY基因誘導胚胎男性化方向的分化。性發(fā)育障礙是影響性腺或生殖器發(fā)育的條件，已知關(guān)鍵基因SRY的變異是46，XY性發(fā)育障礙的確切原因[14]。因此，SRY基因與先天性尿道下裂的發(fā)生聯(lián)系緊密。

2 SRY基因的改變及與尿道下裂的關(guān)系

SRY基因位于男性性發(fā)育的頂端，是決定睪丸發(fā)育的主要因素。睪丸分泌的雄性激素主要促使胚胎期男性生殖器的發(fā)育,陰莖和尿道在孕6周開始形成，在孕16周陰莖部尿道和陰莖頭開始發(fā)育。由上可知SRY基因的突變、缺失及異位將導致性腺發(fā)育不全、畸形或無性腺等,尿道下裂這種先天性畸形是由于胚胎發(fā)育過程中尿生殖溝未能自后向前在中線完全閉合所造成。因此，尿道下裂的發(fā)生與SRY基因的突變、缺失和異位有一定的相關(guān)性[15]。具體如下。

2.1 SRY基因的突變

SRY基因的突變可引起兩性畸形，這種兩性畸形是由性別分化期間胚胎發(fā)育過程中的調(diào)控性別決定、性腺發(fā)育或激素及其受體表達的基因異常引起的。現(xiàn)已有研究通過新西蘭兔的實驗證明了這一結(jié)論，在兔SRY的高遷移率族(HMG)區(qū)域引入了CRISPR/Cas9介導的突變后，再進行觀察發(fā)現(xiàn)SRY-突變的嵌合兔被診斷為雌雄同體，其特征是同時具有卵巢、睪丸和子宮[16]。組織病理學分析顯示睪丸組織未成熟且缺乏生精細胞，而卵巢部分表現(xiàn)正常，并在卵巢變化的不同階段都顯示有卵泡存在。因SRY是哺乳動物Y染色體上的性別決定基因，負責啟動男性性別決定，所以高遷移率族(HMG)中的突變(SRY的保守DNA結(jié)合域)誘導XY個體出現(xiàn)了兩性畸形綜合征[17]。其中尿道下裂是兩性畸形的一種表現(xiàn)形式。

2.2 SRY基因的缺失

在XY性腺中，SRY基因的缺失可以導致涉及RSPO1/WNT4/CTNNB1和FOXL2的卵巢促進途徑的激活。目前，性腺發(fā)育的調(diào)節(jié)與成熟的發(fā)生機制有一個較為公認的學說是：在NR5A1等基因的作用下，首先形成雙潛能生殖嵴，XY性腺在GATA4/FOG2/NR5A1/WT1通路的調(diào)節(jié)下表達SRY，并抑制SOX9表達；在XX性腺中，因RSPO1/WNT4和SOX9通路被激活，支持細胞的前體細胞積聚β-連環(huán)蛋白，一旦SOX9達到閾值水平，即啟動正性調(diào)節(jié)通路，F(xiàn)GF9或PGD2形成前饋環(huán)；后期，F(xiàn)OXL2抑制SOX9表達。但在睪丸中，SOX9促進AMH活化，抑制卵巢WNT4與FOXL2的作用。因此SRY基因的缺失，會導致XY染色體的胚胎體細胞前體細胞在無負性調(diào)節(jié)的RSPO1/WNT4/β-catenin和FOXL2信號傳導的影響下分化為顆粒細胞,從而導致XY染色體的胚胎體生殖器脊形成卵巢[18]，這種情況稱之為XY染色體性腺逆轉(zhuǎn)。已有研究證明在小鼠XX染色體胚胎性腺中，通過SRY與NR5A1(SF1)協(xié)同直接上調(diào)Sox9(SRY相關(guān)HMG9)的表達和SOX9激活基因調(diào)控網(wǎng)，是可以控制支持細胞的分化和睪丸形成所需的形態(tài)發(fā)生事件的[19]。

2.3 SRY基因的異位

SRY基因的異位在生物個體中對器官的發(fā)育和生理學進程卻有很大的影響。為了確定SRY異位表達在發(fā)育和生理學進程的全局影響，KIDO等[20]通過使用轉(zhuǎn)基因激活系統(tǒng)，人類SRY基因在小鼠的單細胞胚胎中被激活的實驗方法。建立Cre-LoxP轉(zhuǎn)基因激活系統(tǒng)，并評估轉(zhuǎn)基因小鼠中人類SRY基因的異位激活所出現(xiàn)的情況。其結(jié)果表明，在單細胞胚胎階段有異位SRY激活(SRY ON)幼崽的出生時間與非轉(zhuǎn)基因或Ddx4-Cre轉(zhuǎn)基因同窩小鼠相比，在生長中顯著延遲，且在出生前均死亡。該研究實驗動物的后續(xù)組織病理學分析顯示SRY ON中的心臟、肺、肝和腦發(fā)育嚴重受損，包括：胸腺分化受抑制，心肌細胞壞死、凋亡，心臟纖維化，肺泡發(fā)生遲緩，大腦神經(jīng)發(fā)生受損，肝臟脂肪變性等病變結(jié)果，出生后死亡率顯著升高，這些器官的損傷和不足可能相互交織，共同促成各種器官中觀察到的表型。也有研究通過對哺乳動物有性別差異的測序，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)Y染色體(MSY)基因都在X染色體上存在同源基因，并有可能在轉(zhuǎn)錄、翻譯、染色質(zhì)修飾、RNA加工和蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性上有著相似的功能[21]。非性腺細胞中位于Y染色體(MSY)的SRY異常激活可破壞或修改正常的基因調(diào)控程序，從而對受影響的細胞或組織的發(fā)育，生理或病理進程施加雄性的特異性作用[22]。當SRY基因異位表達時，SRY可以差異性地影響體細胞，組織或器官的正常發(fā)育和生理學進程，且可能是導致具有顯著男性傾向的眾多疾病[23-24]。所以SRY基因異位是導致SRY基因在男性個體生命的不同階段中異常激活的方式之一，時間，地點和程度的改變，導致的異常激活會在性別分化方面有所異常，當影響尿道海綿體的發(fā)生、分化時就會導致尿道下裂的形成，也可能會導致除外尿道下裂的其他各種生殖畸形的發(fā)生。

3 SRY基因診斷在尿道下裂診斷臨床應用中的研究進展

SRY基因檢測在兒童性發(fā)育疾病診斷中提供的信息對于大致評估Y染色體的結(jié)構(gòu)及功能狀態(tài)提供了一定的幫助，并對兒童性發(fā)育疾病的明確診斷及下一步診療方向的確定起到一定的促進作用。SRY基因作為性別決定基因?qū)τ谛苑只欠裾＞哂胁豢商娲淖饔?，對于臨床上性發(fā)育障礙疾病(如尿道下裂、隱睪癥、小陰莖、兩性畸形等)的治療也具有指導意義。通過對SRY基因的診斷，廣泛用于臨床診斷、產(chǎn)前診斷、法醫(yī)鑒定，使對于性發(fā)育障礙疾病的診斷水平上升至分子水平，并對研究性反轉(zhuǎn)、性發(fā)育異常病因、優(yōu)生優(yōu)育政策提供了有價值的資料[25]。

3.1 套式PCR檢測

在性發(fā)育障礙的患者中有很大一部分患者表現(xiàn)形式為尿道下裂。在常規(guī)的基因診斷的過程中，可以從患者的外周血中提取DNA，采用套式PCR的方法(加入Y染色體SRY基因核心片段引物)使用瓊脂糖凝膠電泳和紫外線熒光顯像技術(shù)檢測，與正常的對照做對比。有研究發(fā)現(xiàn)，SRY基因的存在與否是判斷患者生物學性別的最重要的客觀指標之一，如果SRY基因有缺失或突變則直接影響到性分化的過程，引起性逆轉(zhuǎn)或性分化不良，因此對于重型尿道下裂，性別判斷有困難的，應行SRY基因檢測，為臨床性別取向提供生物學依據(jù)[26]。且套式PCR檢測SRY基因的缺失和雙重PCR檢測SRY基因的突變的方法穩(wěn)定可靠，簡單便捷迅速，可在臨床檢驗中推廣應用。

傳統(tǒng)的診斷方式主要通過臨床表現(xiàn)來診斷，但對于一些特殊型的尿道下裂，一時無法準確診斷。所以，通過染色體或SRY基因診斷有助于鑒別。

3.2 基因探針檢測

在不孕癥的患者中通過檢測SRY基因以明確不孕癥的原因，目前在不孕癥的男性患者中可以通過基因探針的方式檢測SRY基因的位置，檢測基因是否異位或缺失，同時通過多重PCR技術(shù)進行SRY基因的DNA測序，明確該基因是否突變[27-28]。當前通過PCR技術(shù)檢測SRY基因的方法已廣泛使用于患有男性不育(如46，XX男性綜合征)的遺傳學診斷上，并具有一定的臨床意義[29]。

3.3 其他新出現(xiàn)的基因檢測技術(shù)

在產(chǎn)前檢查領(lǐng)域的診斷中也應用到檢測SRY基因的方法來預防性連鎖遺傳病和單基因疾病，其中有傳統(tǒng)的常規(guī)核型分析(采用羊膜穿刺技術(shù)抽取羊水提取DNA)，原位熒光雜交基因探針和PCR技術(shù)的方法來進行基因檢測。目前，采用抽取孕母的外周血提取DNA通過基因探針和PCR技術(shù)可以達到無創(chuàng)產(chǎn)前診斷的標準，通過此條途徑檢測胎兒SRY基因來預防性染色體疾病具有無創(chuàng)、安全、快速、有效、簡便等優(yōu)點[30]。當前新出現(xiàn)的基因檢測技術(shù)也是可以很好快速地檢測SRY基因的，例如：熒光素酶報告基因、基因組高通量測序等，對于基因檢測來說更準確、更便捷。

4 小 結(jié)

SRY基因作為男性的性別決定基因，在男性生殖系統(tǒng)中起到起點的作用。隨著對SRY基因認識的深入，發(fā)現(xiàn)SRY基因與男性生殖系統(tǒng)的發(fā)生、發(fā)育及疾病有密切的關(guān)系。當前，SRY基因的檢測已被用于常規(guī)的檢測基因之一，也為研究更多與SRY基因介導有關(guān)疾病機制的層面做出了推動的作用。因此，通過多方面的研究探索SRY基因與尿道下裂的相關(guān)性，有利于為臨床上男性相關(guān)的先天性疾病的診斷和治療提供新思路。期望未來可以通過基因的層面提前診斷、干預并治療尿道下裂，造福人類。