青春期(puberty)是从少年到成人的过渡时期,即从第二性征出现至性成熟及体格发育完善的一段时期^〔1〕。青春期启动时间、发育速度、发育水平均存在明显个体差异。现已证实,下丘脑-垂体-性腺轴(HPGA)对青春期性发育起决定性作用,其所分泌的各种激素直接影响青春期性发育,而这些激素的分泌量和结构是否发生变化,则受控于各相关基因。 本研究对青春期性发育过程中不同层面的基因调控作用进行综述。

下丘脑持续性、脉冲式分泌促性腺激素释放激素(Gn- RH),被认为是性发育启动的必要条件。在这一层面的基因均是通过促进或抑制GnRH的分泌而发挥调控性发育作用。 1996年和1999年Kiss1基因、GPR54基因相继被发现。2003 年2个独立的研究机构同时报道了GPR54为青春期性发育的分子开关^{〔2, 3〕},从此,kisspeptin/GPR54对生殖的调控成为研究热点。通过基因结合分析发现,在具有自发的促性腺激素分泌不足引起性腺机能减退(IHH)成员的家族,GPR54基因存在突变。发生这些突变的患者,促性腺激素水平低,完全或部分缺少黄体生成素(LH)脉冲,未经历青春期,但他们对 GnRH治疗起反应。

Kiss1、GPR54在中枢神经系统主要存在于下丘脑的弓状核,Kiss1、GPR54是性成熟的关键"看门"基因^〔4〕。2004- 2005年进行了大量动物实验支持这一结论,主要论据有:(1) 小鼠及灵长类动物发育期间Kiss1、GPR54mRNA含量增加^{〔5, 6〕};(2) Kiss1、GPR54基因敲除小鼠可以存活,但很难正常启动性发育^{〔7, 8〕};(3)给小母鼠中枢或外周供给kisspeptins 可以激活促性腺激素释放激素(GnRH)依赖性黄体生成素 (LH)和卵泡刺激素(FSH)的释放,激活HPGA,诱导母鼠提前发育,kisspeptins被认为是促进促性腺激素释放激素分泌最强有力的因子^{〔9, 10〕}。Kiss-1通过直接和间接2条途径对下丘脑GnRH释放起调节作用,直接途径是kisspeptins直接与 GnRH表面的GPR54相结合,促进GnRH的释放;另外,该系统还作用于其他GnRH调节因子的下游发挥调控作用。

Luan等^〔11〕在对272名中国汉族中枢性性早熟(CPP)女童(病例组1)、43名不相关的CPP非洲妇女(病例组2)和 288名不相关正常中国汉族女童(对照组)研究中,发现Kiss- 1基因全序列共识别出8个多态性,其中一个新的单核苷酸多态性导致110位脯氨酸被苏氨酸代替(P110T),在统计上与CPP有关(P=0.025)。2010年韩国Ko等^〔12〕得出了与之一致的结果。Silveira等^〔13〕对83例CPP患者的基因进行分析,发现Kiss-1基因2种错义突变与CPP有关。在中国汉族女童中,Luan等^〔14〕发现GPR54基因的6个多态性。Teles 等^〔15〕首次报道了GPR54基因突变与CPP有关,该突变导致 386位密码子精氨酸被脯氨酸替代(R386P),体外培养也证实R386P与CPP有关。

目前对GPR/Kiss-1系统的研究主要集中在动物实验及发育不正常的人群(如性早熟、IHH患者),它在正常人群中的分布及调控作用如何、在整个发育时相提前的大趋势中的作用如何,有待进一步研究。

除此以外,在这一层面已知许多信息分子调控GnRH的分泌,如谷氨酸、γ氨基丁酸(GABA)、转化生长因子α(TGF- α)、胰岛素样生长因子(IGF-1)、瘦素、气体性递质一氧化氮 (NO)、一氧化碳(CO)等都能直接或间接影响GnRH分泌。

促性腺激素释放激素受体(GnRHR)主要位于垂体促性腺激素的表面,GnRHR转导来自细胞外配位体、下丘脑因子 GnRH的信号,调节LH和FSH的合成与分泌。GnRHR基因杂合突变导致青春期发育延迟和闭经已经被证实。GnRHR 也是第1个被发现与常染色体隐性遗传的IHH有关联的遗传物质,IHH患者GnRHR基因突变频率估计在3.5%~ 10.4%,过去的10年,有21种GnRHR功能突变被证实与 IHH有关^〔16〕。GnRH途径基因突变较少见。但是最近研究发现,GnRH1的突变也可能是诱导IHH发生的遗传学基础^〔17〕。虽然GnRH或GnRHR与青春期发育有密切关系,但是也有研究表明在正常人群中,GnRH或GnRHR基因的变异并不是导致性发育迟缓的原因^〔18〕。

除此之外,卵巢颗粒细胞和黄体细胞、睾丸问质细胞,胎盘细胞滋养层细胞和合体滋养层细胞、正常子宫组织、乳腺组织及前列腺均有GnRH受体mRNA表达,提示GnRH在生殖调控中除刺激垂体分泌LH、FSH外,尚可直接与生殖器官发生作用,调节这些器官和细胞的功能活动。

LHR主要定位于男性睾丸间质细胞,以及女性卵巢鞘膜细胞和颗粒细胞。对于青春期男性,LH与LHR结合刺激睾丸间质细胞产生睾酮,促进男性性成熟,对青春期女性,LHR促进卵泡的成熟及周期性排卵。LHR基因突变将导致性发育异常,在男性尤为突出。男性青春期前LHR基因激活突变,可刺激睾丸间质细胞过早成熟,自主分泌睾酮,导致性早熟,称家族性男性性早熟(FMPP),也称"睾酮中毒症"(testotoxicosis);另有散发病例存在,称散发性男性性早熟(SMPP)。已发现的与FMPP 表型相关的LHR基因突变有16个^〔19〕。在女性,携带LHR基因突变不表现为性早熟,卵巢功能也正常。王春生等^〔20〕对 16名特发性性早熟女童LHR基因进行检测,女性性早熟不以LHR基因的Asp576 Gly突变为基础,因此LHR基因突变不是女性特发性性早熟的主要病因。

FSHRm- RNA仅表达于卵巢的颗粒细胞和睾丸的支持细胞。自1995 年芬兰学者首次发现FSHR点突变以来,目前已发现共13处突变,分别为9处功能失活突变和4处功能活化突变^〔21〕。FSHR基因功能失活的突变纯合子女性主要表现为青春期延迟、高促性腺激素性原发闭经和不孕。FSHR基因的激活突变将导致FSH分泌增加而影响性发育过程。女性主要表现为性早熟、多囊卵巢综合征(PCOS)或过早绝经。Batista 等^〔22〕对4位促性腺激素非依赖型性早熟女童FSHR基因进行研究,发现了A307T和S680D的突变。

雌激素是女性生殖系统中重要激素之一,通过与ER结合而发挥生物学作用。 ER包括α、β 2种亚型,目前研究大部分还集中在α上。有关 ER基因多态性与乳腺癌、骨质疏松和子宫内膜癌的相关研究已取得较多进展。ER在性发育过程中也起着重要作用。研究发现,无论哪种情况的性早熟,最终都要通过雌激素水平的增加起作用^〔23〕。柯江维等^〔24〕利用限制性片段长度多态性 (PCR-RFLP)分析技术,对90例性早熟女童ER-α、ER-β基因多态性进行研究,发现ERα基因XbaⅠ位点和ERβ基因Rsa Ⅰ多态性与女童性早熟有关,突变基因增加了女童性早熟的发病风险。陈耀勇等^〔25〕对16例性早熟女童进行ER基因检测,发现第8外显子存在R548C突变,推测该突变导致了女童性早熟。

储明星等^〔19〕发现细胞色素p450(CYP)基因家族、G蛋白 α亚基基因(GNAS1)、人Ⅱ型3β羟化类固醇脱氢酶基因 (HSD3B2)、人性激素结合球蛋白基因(SHBG)、维生素D受体基因(VDR)等均与人类性早熟有密切关系。Xin等^〔26〕在中国176位性早熟女童和192位正常女孩中,发现胰岛素受体底物1基因(IRS-1)972位密码子精氨酸的突变和性早熟相关。Ong等^〔27〕通过对4714名女性调查研究发现,位于6号染色体的LIN28B基因的单核苷酸的多态性与性发育提前有关,并最终导致身材矮小。

基因对发育的调控绝对不是表面看上去的单个基因突变那么简单,而是一个极其复杂的过程。目前为大家所认可的是"基因网络"原理,即青春发动期是由多种功能模块的基因网络调控的,并且该基因网络错综复杂,有一定等级关联^〔28〕,很多未知领域需进一步研究。