TBPL2基因在雌性生殖發育和生殖障礙疾病發病中作用的研究進展

李佳霖 楊萍 秦瑩瑩 趙涵

(山東大學附屬生殖醫院，山東 濟南 250000)

TATA盒結合蛋白樣2(TBPL2)，在脊椎動物的卵母細胞中高表達[1]，作為卵母細胞中特異的通用轉錄因子，參與卵母細胞中特異性基因的表達，在雌性脊椎動物卵母細胞發育中發揮重要作用[2-3]。TBPL2基因突變可引起卵泡發育缺陷、卵母細胞成熟障礙和卵巢功能低下等，均能導致女性不孕[1]。本文著重介紹了TBPL2基因及其蛋白產物的結構和功能，總結了該基因在雌性脊椎動物生殖發育中的重要作用及其突變導致的生殖障礙疾病的主要研究進展。

1 TBPL2的概述

1.1 TBPL2蛋白的結構

TBPL2基因位于人類第14號染色體，包含7個外顯子和6個內含子[4]，其編碼的蛋白質包含一個C端結構域和一個N端結構域，是TBP家族中的第3位成員，在雌性脊椎動物的卵巢尤其是卵母細胞中特異性高表達[3,5]。在對TBP和TBPL2的結構進行對比時發現，它們的C端核心結構域相似性高達93%，都可折疊成馬鞍形結構，其凹陷處可與DNA雙螺旋的小溝結合[6-7]。而TBPL2的N端結構域與TBP僅有15%的相似性。在對不同物種之間TBPL2結構進行比較后發現，TBPL2的C端結構域高度保守，而N端結構域的長度和序列差別很大，具有物種特異性，但也有部分序列存在一定的相似性，比如第93～104位氨基酸間的區域高度保守，提示該區域可能具有重要的功能[3,8]。

1.2 TBPL2調節基因轉錄的作用機制

鑒于TBP中構成DNA結合域的氨基酸殘基和TBPL2核心區域的氨基酸殘基相似度很高，有研究者推測TBPL2可能也參與了RNA聚合酶Ⅱ(PolⅡ)的轉錄。PolⅡ的通用轉錄因子包括TFⅡA、TFⅡB、TFⅡD、TFⅡE和TFⅡF，它們與PolⅡ一起形成起始前復合物(PIC)[9]。PIC的形成通常始于TFⅡD對于啟動子的識別。TFⅡD是由多個蛋白質組成的復合物，包含TBP和14個TBP結合因子(TAF)，其中TBP可以識別并結合啟動子中的TATA盒[5]。TBPL2作為TBP的同源蛋白也可以與TATA盒結合，但凝膠過濾分析的結果表明TBPL2與TFⅡD的相對分子質量差別比較大，提示TBPL2與TBP有著不完全相同的啟動子識別途徑[3]。比如TBP可以識別不含有TATA盒的啟動子，因此具有更廣泛的轉錄起始位點，而TBPL2更傾向于驅動啟動子中的TATA樣基序[10-11]。此外，與TBP和TFⅡD相互作用不同，在體外實驗中，TBPL2已經被證實可以與TATA盒以及TFⅡA和TFⅡB相互作用形成轉錄復合物共同調控PolⅡ的轉錄[11-12]。因此，TBPL2作為轉錄因子調節脊椎動物卵母細胞和早期胚胎中特異性基因的轉錄，在卵母細胞成熟以及早期胚胎發育過程中均發揮重要作用。

2 TBPL2基因在卵母細胞發育中的作用

TBPL2作為轉錄因子在小鼠卵母細胞中可以取代TBP參與PolⅡ的轉錄。在小鼠卵泡發育過程中，卵母細胞的體積不斷增大，此時卵母細胞內累積了大量的母源RNA和蛋白質，以確保卵母細胞成熟、受精和早期胚胎發育。成熟的卵母細胞均處于轉錄沉默狀態。受精后，基因組仍保持一段時間的沉默狀態，直到受精卵中合子型基因被激活。有研究發現TBP在原始卵泡的卵母細胞中表達，在卵母細胞發育的后續階段則檢測不到，受精后含量再次增加并在合子型基因激活后達到頂峰[12]。與TBP相比，TBPL2在發育的卵母細胞中高表達，在卵母細胞恢復減數分裂并發育成熟過程中，TBPL2蛋白逐漸被降解，受精后在胚胎中幾乎檢測不到[13-14]。鑒于發育階段的卵母細胞中TBPL2蛋白含量豐富而TBP表達缺失，推測TBPL2可能是取代TBP調控PolⅡ的轉錄[14]。此外，TBPL2在卵泡發育過程中主要位于卵母細胞的細胞核中，由此可以推測出TBPL2在卵母細胞發育階段的轉錄啟動和調控中起著特殊的作用[13]。

2.1 TBPL2基因缺失對卵母細胞發育的影響

為了解TBPL2在生殖細胞發育過程中的作用，有研究通過基因編輯小鼠模型發現，TBPL2基因純合缺失的小鼠能夠存活，其外觀、大小和體質量與正常小鼠無異，雄性小鼠的生育能力并未受到影響，但雌性小鼠由于卵泡發育缺陷表現為不孕[1]。為找到導致此類雌鼠不孕的原因，對TBPL2基因缺失小鼠的卵巢進行研究發現，其皮質內存在大量發育遲緩的小卵泡，大部分處于次級卵泡階段，這些次級卵泡中的卵母細胞大多透明帶缺失，細胞核失去正常形態[1]。這些結果表明TBPL2對卵泡發育和卵母細胞的成熟至關重要。

2.2 TBPL2基因缺失對卵母細胞中染色質凝縮和基因表達的影響

TBPL2基因缺失的卵母細胞核中染色質結構異常，未達到完全濃縮狀態。這類卵母細胞中與染色體構象密切相關的基因表達也下調，如H1foo、Dnmt1等[1]。此外，卵母細胞中PolⅡ的活性下降，H3K4me3表達水平也顯著降低[1]。上述結論提示TBPL2基因缺失破壞了卵母細胞中與轉錄相關的染色質的正常結構，使染色質重塑和凝聚異常。

TBPL2基因缺失可導致卵母細胞中特異性基因表達產物的水平上調或下調。比如生長分化因子9(GDF9)和骨形態發生蛋白15(BMP15)是卵母細胞特異性生長因子，在大多數哺乳動物卵母細胞的發育中起關鍵作用。GDF9缺失的小鼠由于初級卵泡發育受阻而不孕，BMP15缺失的小鼠生育能力下降，表現為排卵障礙和受精率降低[15]。BMP15和GDF9基因突變可導致卵母細胞和卵丘細胞功能受損，影響卵母細胞成熟、受精和卵丘擴展[16]。因此，TBPL2基因缺失后卵巢中GDF9和BMP15的表達水平下降，破壞了卵母細胞和顆粒細胞之間的雙向交流，影響顆粒細胞增殖與分化，阻礙卵母細胞生長與成熟[15-16]。

3 TBPL2基因在早期胚胎發育中的作用

由于低水平的TBPL2持續存在于胚胎發育過程中，因此TBPL2可能在胚胎發育過程中發揮特殊的作用。早期研究通過檢測TBPL2-/-胚胎中基因的表達，發現部分基因的表達水平下降。然而在注射外源性TBPL2 mRNA后大部分表達下調的基因恢復正常，該結果提示TBPL2參與胚胎中部分基因的轉錄[2,17]。

斑馬魚mespa基因編碼的蛋白質作為轉錄因子參與胚胎造血系統發育相關基因的轉錄調控，該基因表達缺失會導致胚胎造血系統發育過程的異常[18]。有文獻報道TBPL2基因缺失時，斑馬魚胚胎也表現出造血系統發育過程異常，如果在此類斑馬魚胚胎中注入外源mespa蛋白則能使胚胎造血系統發育恢復正常[18]。研究者在對該現象的發生機制進行進一步探索時發現，TBPL2作為轉錄因子可識別mespa基因的啟動子，并與TBP結合因子3(TAF3)相互作用共同調控該基因的轉錄[19-20]。因此TBPL2基因缺失時，mespa基因表達下降，繼而導致胚胎造血發育和胚胎干細胞造血分化過程異常。TBPL2還參與非洲爪蟾原腸胚的形成，TBPL2的存在可以部分彌補TBP缺乏帶來的負面影響，而在TBP表達水平正常的情況下，TBPL2的表達又不會干擾胚胎的正常發育[21-22]。

4 TBPL2基因突變對女性生殖功能的影響

4.1 TBPL2基因突變與卵母細胞成熟障礙和卵巢功能下降的關系

目前已報道的TBPL2基因突變有兩種，一種是TBPL2基因純合錯義突變c.895T>C，另一種是TBPL2基因純合剪接突變c.788+3A>G。這兩種突變均為隱性遺傳模式，均導致卵母細胞發育相關基因的表達下降，繼而導致卵母細胞成熟障礙和卵巢功能下降。

本課題組在兩個卵母細胞成熟障礙的不孕家系當中，發現了TBPL2基因純合剪接突變c.788+3A>G，該純合突變導致了以卵母細胞成熟障礙和早期胚胎發育缺陷為特征的女性不孕。進一步探索TBPL2基因突變的致病機制時發現，該突變使TBPL2基因第4個外顯子跳躍缺失，從而導致翻譯提前終止，產生一個由233個氨基酸組成的截短蛋白[23]。該蛋白由于缺少C端核心結構域，導致卵母細胞中特異性基因的表達異常，其中包括使卵子發生(SEBOX、MARF1)[24-25]、卵母細胞與顆粒細胞間信息交流(OOSP1、ZP)[26-27]和顆粒細胞增殖(BMP15)[28]等相關基因的表達顯著下調。但HE等[29]報道的該突變所致的臨床表現與本課題組研究對象的臨床表現略有不同，其在3個原發性不孕家系中也發現該突變，并均表現為卵巢儲備功能下降(DOR)，因此HE等[29]認為TBPL2基因可作為DOR和原發性不孕的遺傳標記。

WANG等[30]在一個以卵母細胞生發泡(GV)期阻滯為特征的原發性不孕家系中發現了TBPL2基因純合錯義突變(c.895T>C；p.C299R)。該突變可以使TBPL2蛋白的穩定性和轉錄活性下降，影響其轉錄起始功能，降低卵母細胞中ZP3、H2BC等基因的表達，導致卵母細胞停滯于GV期。

4.2 TBPL2基因突變與卵巢早衰的關系

TBPL2基因敲除的小鼠與卵巢早衰(POF)患者在生殖方面的臨床特征相似，因此有研究者認為TBPL2基因突變可能導致POF。全基因組關聯分析研究發現，人類14號染色體上的基因突變可能與POF相關[31]。ABOURA等[32]將研究中發現的拷貝數變異(CNV)與基因組變異數據庫中表型正常人群的CNV比較，結果顯示8個染色體區的CNV差異有顯著統計學意義，其中染色體14q32.33區域發現了6種基因(SIVA1、AKT1、ZBTB42、INF2、ADSSL1、MGC23270)，該報道提示14號染色體上可能存在POF致病的候選基因，而TBPL2基因也位于人類的第14號染色體上。曹金翔[33]的研究認為TBPL2基因編碼區的突變可能與中國漢族女性的POF發生無關，該研究除了發現已知的單核苷酸多態性位點外，沒有發現其他突變。該研究的POF實驗組與正常人群對照組基因型分布和等位基因頻率也無明顯差異。造成該結果的原因可能有以下幾點：一方面許多POF候選基因在不同種族之間表現出顯著的頻率差異，該研究的人群局限于中國漢族女性且樣本量不足，因此得到的結果不能用來解釋TBPL2基因在其他種族POF患者中的作用；另一方面TBPL2基因致病突變位點位于基因的非編碼區，而非編碼區(如啟動子、內含子或其他調節區域)并未包含在此次檢測范圍內。因此可能需要在包括其他種族群體在內的更大樣本量中研究TBPL2基因與POF的相關性。

5 TBPL2基因突變患者的臨床表現及治療

對已報道的TBPL2基因突變患者的臨床特征進行總結，發現這類患者通常因不明原因導致原發性不孕多年而就診，她們的基礎促卵泡生成素水平高于正常，部分患者基礎竇卵泡數偏少，卵巢功能低于同齡人群；在接受體外助孕促排卵治療過程中有些患者卵巢反應慢，用藥量大；獲卵后表現為卵母細胞成熟障礙、受精障礙或早期胚胎發育停滯等，盡管采用卵母細胞體外成熟培養或卵泡漿內單精子注射助孕仍不能獲得優質胚胎[34]。

目前臨床上最常用的改善卵母細胞成熟度的方法，如改變促排卵方案、延長人絨毛促性腺激素作用時間、卵母細胞體外成熟培養等治療本病效果均不是特別理想，因此大部分患者仍然需要依靠供卵獲得成功妊娠[35]。

6 小結

TBPL2作為脊椎動物卵母細胞中特異性表達的轉錄因子，在卵母細胞成熟過程中起關鍵作用。TBPL2基因突變可導致卵泡發育缺陷、卵母細胞成熟障礙，引起POF或原發性不孕，該類患者需借助供卵治療以獲得期望結局。

利益沖突聲明：所有作者聲明不存在利益沖突。

ConflictsofInterest： All authors disclose no relevant conflicts of interest.

作者貢獻：趙涵和秦瑩瑩參與論文的選題；李佳霖、趙涵、楊萍和秦瑩瑩參與論文的寫作與修改；所有作者均閱讀并同意發表該論文。

Contributions： The topic of the review was disigned byZHAOHanandQINYingying. The manuscript was drafted and revised byLIJialin,ZHAOHan,YANGPing, andQINYingying. All the authors have read the last version of the paper and consented submission.