·54· 中国性科学2018年1月第27卷第1期The Chinese Journal ofHuman Sexuality January,2018 Vo1.27 No.1 ·中医性学· DOI:10.3969/j.issn.1672—1993.2018.01.016 Kallmann综合征致病基因研究进展 杨毅 孙振高 王晓明 徐凯月 1山东中医药大学第一临床医学院,济南250014 2山东中医药大学附属医院中西医结合生殖与遗传中心,济南250014 【摘要】 Kallmann综合征(Kallmann syndrome,KS)是一种罕见的伴有嗅觉缺失的先天性促性腺功能低 下疾病,呈家族性或散发性发病,具有明显的遗传异质性。目前只有KAL1、FGFR1、PROKR2、PROK2、CHD7 以及FGF8被鉴定为KS致病基因,但只能解释25%~30%的KS病例。对WDR1 1、NELF、HS6ST1、DUSP6、 SPYR4、ILl7RD、SEMA3A、HESX1等KS的候选基因研究较少。文章就以上kallmann候选基因的研究进展进 行综述。 【关键词】Kallmann综合征;候选基因;表型;遗传异质性 Progress in the study of pathogenic genes in kallmann syndrome YANG ing|,.SUN Zhengao .WANG Xiaom— XU Kaiyue|.1.The F打st Clinical Medical College,Shandong University of Traditional Chinese Medicine,Ji— nan 250014,Shandong,China;2.Center forReproduction and Genetics Integrated Traditional Chinese and Western Medicine,The Hospital Afilfiated to Shandong University of Traditional Chinese Medicine,Jinan 250014,Shandong, Chia n【Abstract】 Kallmann syndrome(KS)is a rare congenital hypogonadism associated with olfactory loss.It is familial or sporadic and has signiicantf genetic heterogeneity.Only KAL1,FGFR1,PROKR2,PROK2,CHD7 and FGF8 are identified as KS pathogenic genes at present,but only in 25%to 30%of KS cases.There are few eandi— date genes for KS in WDRI 1,NELF,HS6ST1,DUSP6,SPYR4,ILI7RD,SEMA3A and HESX1.In this paper, the progress of Kallmann candidate genes is reviewed. 【Key words】 Kalhnann;Candidate gene;Phenotype;Genetic heterogeneity 【中图分类号】Q343.1 【文献标志码】A 碍导致KS的发生,这与胚胎时期嗅球、嗅束的异常发育有关。 KS导致GnRH分泌障碍,从而引起FSH和LH分泌不足,最终 发生性腺功能减退,并因嗅球和嗅束的形成障碍而常伴有嗅觉 障碍或缺失。 2 I4S致病基因 Kallmann综合征(Kallmann syndrome,,Ks)又称性幼稚嗅 觉丧失综合征,是一种罕见的先天性疾病,是特发性低促性腺 激素性性腺功能减退症(idiopathic hypogonadotropic hypogon— adism,IHH)临床最为多见的类型,常表现为先天性不可逆的促 性腺激素缺乏和嗅觉缺失。按照Ks的发病原因分为自发性和 遗传性两种…。Ks在女性人群中的发病率为1:50000,男性为 KS发病呈散发型和家族型两种,其中散发型占约2/3。KS 的遗传形式有X连锁隐性遗传、常染色体显性遗传、常染色体 隐性遗传3种方式,具有明显的遗传异质性 。KS相关治病基 因的位点、基因产物、遗传产物及突变方式等见表1。 在先前的研究中,已经确定KAL1、FGFR1、PROKR2、 PROK2、CHD7以及FGF8这6个基因与KS的发生密切相关,近 女性的5~6倍 。1994年美国精神病遗传学家Kallmann对腺 功能减退症伴嗅觉丧失的3个家系进行了研究,并提出该病为 遗传性疾病,故将其命名为KS_3 J。 1 KS发病机制 Whitlock 根据解剖学位置关系将GnRH神经细胞分为 GnRH一1神经细胞(下丘脑型)、GnRH一2神经细胞(中脑型) 和GnRH一3神经细胞(神经终末一端脑型)。胚胎发育时Gn— RH一1神经细胞由嗅基板迁移至下丘脑,作用于垂体前叶控制 些年研究较透彻,但只能解释25%一30%的Ks病例。对 WDR1 1 NELF HS6ST1 DUSP6 SPYR4 ILl7RD SEMA3A .HESX1等KS的候选基因研究较少。现对这些基因的研究进展 进行阐述。 促性腺激素的释放。Wray 等发现GnRH一1神经细胞迁移障 【基金项目】国家自然科学基金(81373676、81674018)。 【第一作者简介】杨毅(199O一),男,硕士在读,主要研究方向为中医药 在辅助生殖技术中的应用。 【通讯作者】孙振高,E—mail:sunzhengao77@163.eom 中国性科学2018年1月第27卷第1期The Chinese Joumal ofHuman SexuMity Janua ̄,2018 Vo1.27 No.1 表1 KS相关治病基因的位点、基因产物、遗传产物及突变方式 ·55· 基因 位点 基因产物 突变影响 遗传方式 突变表现 2.1 WDRll 其他Ks或IHH相关基因检测,发现了3例男性NELF突变。其 中1例Ks患者存在NELF基因突变但无mRNA表达的改变,另 WDR11位于染色体10q26.12位点,其编码的蛋白质在小 鼠下丘脑以及GnRH神经元与嗅神经的迁移途径中发挥作用, 其生物学功能尚未明确 13]。Kim等 第一个研究了KS患者 中的WDR11基因。其研究发现在5例发生杂合突变的Ks患 者中,有3种杂合突变影响了蛋白之间的相互作用。其研究还 发现WDR11基因与EMX1基因关系密切。EMX1基因可以影 2例分别存在NELF和KAL1、NELF和TACR3复合杂合基因突 变,并且均存在mRNA表达改变。所以NELF功能缺失可能是 IHH和Ks的潜在机制,并推测一个NELF等位基因的改变可能 不足以导致IHH,除非存在另外的NELF等位基因突变。这些 发现说明IHH和KS中双等位基因突变的重要性。 Samuel等 研究建立了NELF基因敲除(KO)小鼠动物模 型,发现当野生型(WT)、杂合子(HET)或KO雄性与wT雌性 交配时,只有KO雄性与wT雌性小鼠交配的情况下,平均一窝 响嗅神经元发育,而WDR11基因突变能够减弱甚至消除EMX1 基因第嗅神经元发育的作用,进而导致Ks的发生 。 2.2 NEI NELF基因位于染色体9q34.3,编码鼻胚胎时期LHRH因 子_1 。xu等 对168例IHH和Ks患者进行了NELF基因和 仔数量显着降低,说明KO型小鼠其生殖功能明显下降。但青 春期KO雄性小鼠的发育是正常的,并没有显著延迟。所以在 ·56· 中国性科学2018年1月 第27卷第1期The Chinese Journal of Human Sexuality Januai3,,2018 Vo1.27 No.1 后存在不孕不育表型。 Young等 研究了120例KS患者,其中有48例患者未检 测到与已知KS相关基因的突变。用微阵列比较基因组杂交 NELF基因突变的前提下,需要同其他基因的复合杂合突变,才 可最终成为IHH。 2.3 HS6ST1 HS6ST1基因座位于2q.21位点,编码6一O一硫酸化酶,其 是硫酸乙酰肝素酶家族的成员。它参与人的神经元发育,可能 在肢体发育中发挥作用。在线虫中,HS 6一O一硫酸盐与anos— min一1相互作用,并且其参与发挥FGFR1和FGF8的功能。 (array CGH)对这48例患者进行分析,结果发现一例患者sE— MA3A基因存在杂合缺失。对SEMA3A基因进行实时荧光定量 聚合酶链反应(RT—qPCR)发现,在它所有17个外显子中,共 有11个外显子显示缺失。这种缺失在具有KS表型的先证者 家族中存在与临床疾病共分离现象,并以常染色体显性方式遗 传。SEMA3A基因编码信号素3A,这是一种与神经纤毛蛋白 (neuropilins,NRPs)相互作用的蛋白质,在缺少信号素3A表达 Tornberg等 以线虫为模型研究厂导致GnRH缺陷的候选基 因一Hs6sT1,并探索这些基因的相互作用。在分析1例 HS6ST1基因杂合突变、伴有NELF基因突变的KS患者时,发现 人硫酸肝素一6一O一磺基转移酶对于神经迁移过程中细胞之 间的信号通路有重要作用。而HS6ST1基因突变使它对于信号 通路的作用相应减弱,进而说明HS6ST1基因突变能够导致KS 或IHH。 Howard等 在18个家庭中的111个成员中进行外显子测 序,在报道过的25个与HH有关的基因中寻找致病突变。在同 家族的6个成员中,发现了HS6ST1的罕见变异体,而住对照 组中并未发现。也没有确定HH基因中的其他致病变体。 HS6ST1是FGFR1和KAL1在体内发挥作用的关键基因,而后 两者对于GnRH神经元发育和正常的下丘脑一垂体一性腺轴功 能是至关重要的。因此推测HS6ST1基因突变是特发性低促性 腺激素性性腺机能减退的原因之一。 2.4 DUSP6、SPRY4、IL17RD DUSP6基因座位于12q22一q23,编码双特异性蛋白磷酸酶 亚家族的成员,负调控丝裂原活化蛋白激酶(mitogen—activated protein kinase,MAPK)超家族的成员 。SPRY4位于 5q.31.3。它所编码的蛋白质是MAPK信号通路的抑制剂,这种 蛋白质的活性损害活性GTP—RAS的形成。与SPRY4相关的 疾病包括生殖细胞癌和睾丸癌。1L17RD基因座位于3p14.3, 编码一种膜蛋白,属于白细胞介素一17受体(IL一17R)蛋白家 族。它们均参与与FGF信号通路且与FGF8基因共表达。Mir— aoui等 对386例先天性低促性腺激素性性腺功能减退症患 者(其中包含199例Ks患者)进行基因筛查,发现DUSP6、 SPRY4、IL17RD j个基因在KS患者中存在多个有意义的突变, 三者共同编码FGF信号通路中的抑制因子(inhibitors)。进一 步的动物实验发现DUSP6通过降低L型钙通道cav的表达而 减少神经递质的释放。Dusp6等位基因突变可导致侏儒症,颅 缝早闭和听力受损。SPRY4通过抑制MAPK信号通路调节大 鼠PC12细胞和小鼠海马神经元的神经突生长,其突变可使小 鼠有颅面缺陷和异常肢体发育。 2.5 SEMA3A SEMA3A基因编码信号素3A蛋白,座位于7q21.11[2 。 Hanchate等 通过对386位KS患者采用Sanger测序(chain termination method)确定了SEMA3A基因的外显子编码区及剪 切位点。并发现其中24位患者存在SEMA3A基因非同义杂合 突变。推断SEMA3A基因突变是以杂合状态形式存在于Ks患 者中。进一步的动物实验研究发现SEMA3A基因突变型小鼠 表现类似Ks的表型,周边嗅觉神经系统受到损害,且小鼠成熟 的小鼠中发现其已经具有Kalhnann样表型。Kansakoski等 在对50名HH患者进行基因筛选后也发现,SEMA3A基因的杂 合错义突变可能会改变Ks患者的临床表型,但不能够独立导 致该病发生。 2.6 HESX1 HESXI基因座位于3p14.3,在前脑和脑垂体中编码转录抑 制蛋白 。并在前脑、下丘脑、视神经和垂体后叶的发育过程 中发挥重要作用[28j。Newbern等 。为了研究IHH/KS病人中 HESXI基因突变情况,对217例IHH/KS患者进行基因筛查,发 现了HESX1基因的三个杂合错义突变(P.Q6H、P.H42Y和 P.V75L),发生突变的都是男性KS患者。通过点突变预测程序 SIFT(Sorting Intolerant From Tolerant)评价和预测点突变对蛋白 质功能的影响,发现P.H42和P.Q6H杂合突变所带来的是蛋白 质功能的改变,而p.V75L则表现为高度保守性。其它基因突 变并未在这些男性Ks患者中发现。说明HESX1基因的杂合突 变可能是导致KS发生的原因之一。 3 l 的治疗 对于KS至今暂无根治方法。KS的治疗目的主要有:(1) 促进性器官发育;(2)改善第二性征表现;(3)获得生育能力。 治疗方法是进行激素的替代治疗。男性患者治疗的主要方法 是采用GnRH肌内注射法、GnRH脉冲式皮下注射、HCG和FSH 或HMG联合治疗,诱发精子产生;女性患者主要采用注射HMG 促进卵泡发育,获得妊娠。对于患者嗅觉障碍问题临床上尚无 有效治疗方法。 4展望 1944年Ks已被确定为遗传性疾病,但至今尚不完全清楚 其发病原因及其分子遗传学机制。即便已经确定的与KS发生 有关的基因,也只能对约30%的KS患者做出解释,多数Ks患 者的病因仍然无法获知。随着对Ks疾病的进一步认知,我们 更深刻地认识到基因定位诊断和基因治疗将是对Ks早期诊断 和治疗的突破口和研究重心。因此,对Ks致病基因的研究仍 然任重而道远。 参考文献 [1]Bick D,Franco B,Shefins R,et a1.X ehromosonm—linked Kallmann 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