遺傳缺陷致中樞性性早熟病因學的研究新進展

張余韻 綜述 羅飛宏 審校

（復旦大學附屬兒科醫院內分泌遺傳代謝科，上海 201102）

青春發育是由下丘腦- 垂體- 性腺（hypothalamic-pituitary-gonadal, HPG）軸激活導致第二性征出現的正常生理現象。HPG 軸最初活躍于胎兒期和新生兒期，在兒童期處于相對穩定的靜默狀態，隨著下丘腦促性腺激素釋放激素（gonadotropin-releasing hormone, GnRH）脈沖性釋放的出現而被激活，刺激垂體前葉分泌黃體生成素（luteinizing hormone, LH） 和 卵 泡 刺 激 素（follicle-stimulating hormone, FSH）［1］。根據2023 年最新發布的《中樞性性早熟診斷與治療專家共識（2022）》［2］，女孩7.5歲以前乳房開始發育，10歲前出現月經初潮，男孩9 歲以前睪丸增大至4 mL，均可診斷為性早熟。性早熟可引起骨骺過早融合，最終可導致成年身高減損。排除繼發因素后，單純HPG 軸功能過早啟動導致的中樞性性早熟（central precocious puberty, CPP）可能是多種基因變異的疊加效應或單個基因致病性變異所致。隨著近年來分子生物學特別是二代測序技術的發展，CPP的遺傳學病因受到重視，本文就近年來CPP有關的遺傳變異進展作一簡要綜述并探討其機制。

1 單基因致病因素

1.1 親吻素-1基因/親吻素-1受體基因系統

親吻素（kisspeptin）是由新型腫瘤轉移抑制基因親吻素-1（kisspeptin-1,KISS1）基因編碼產生的多肽，在男性和女性下丘腦弓狀核、女性前腹側核及腦室周圍核連續體表達，作為GnRH脈沖發生器的關鍵部分，與神經激肽B、強啡肽A共同構成KNDy 系統，參與GnRH 分泌的調節及性激素的正反饋調節［3］。親吻素為強效GnRH 分泌刺激劑［4］，高濃度親吻素可導致新生兒乳房和睪丸發育，參與小青春期的發生［5］。

親吻素-1 受體（kisspeptin-1 receptor,KISS1R）基因，又稱G 蛋白偶聯受體54（G-protein-coupled receptor 54,GPR54）基因，其突變是最先發現的CPP相關單基因突變［6］，其功能缺失性突變導致低促性腺激素性性腺功能減退癥，表現為性發育延遲、原發性閉經、不孕等。在1 例7 歲乳房發育、陰毛早現女童CPP 病例中首先發現存在KISS1R基因Arg386Pro 錯義突變（常染色體顯性遺傳），該突變不引起受體的激活或親吻素配體親和力的提高，但導致突變的受體不被降解而循環回到細胞膜，從而產生獲得性功能增強。KISS1基因的致病性突變導致親吻素降解減少，發生在5'UTR或近端啟動子的變異可導致親吻素表達增加、對KISS1R基因的親和力增強，從而促進GnRH 神經元的激活。此外，KISS1-GPR54-GnRH軸的表達水平在青春發育過程中存在相同動態變化，王海蓮等［7］通過N-甲基-D-天冬氨酸建立的CPP 動物模型發現，下丘腦中內分泌關聯神經元代謝顯著增強，KISS1、GPR54及GnRH基因的mRNA 表達豐度在青春發育早期均顯著升高；而Rhie 等［8］發現CPP患兒親吻素血清水平較對照組升高。雖然KISS1-GPR54-GnRH 軸在CPP 的發生發展中起重要作用，但迄今發現的KISS1或KISS1R基因突變病例十分有限，由此推測KISS1和KISS1R基因的突變可能是CPP的罕見病因。

1.2 MKRN3基因

MKRN3基因編碼507 個氨基酸的MKRN3 蛋白，該蛋白具有大多數E3 泛素連接酶中存在的C3HC4 鋅指基序及多個C3H 結構域，參與細胞信號轉導和蛋白質的泛素化過程，控制青春期的起始［9］。MKRN3基因致病性突變是目前已知的CPP最常見遺傳病因［10］。

MKRN3基因位于Prader-Willi 綜合征的關鍵區域（染色體15q11.2），受Prader-Willi 綜合征印跡中心PWS-IC 與Angelman 綜合征印跡中心AS-IC 的調控［11］。正常情況下，MKRN3蛋白介導甲基-CpG結合域3（methyl-CpG binding domain 3, MBD3）的泛素化，導致調節mRNA 穩定性的聚腺苷酸結合蛋白與GnRH1mRNA聚腺苷酸尾的結合能力減弱，GnRH1mRNA 長度縮短，翻譯起始復合物受損，從而使GnRH 水平下調；MKRN3 蛋白還可將聚泛素鏈與MBD3中多個位點的賴氨酸偶聯，通過泛素化作用破壞MBD3 與GnRH1基因啟動子的結合，確保MKRN3基因對GnRH1基因表達的抑制作用，從而抑制青春發育的起始［12］。在青春期啟動前，MKRN3基因表達突然降低［13］；Abreu等［14］的體外實驗證實MKRN3基因抑制GnRH 刺激因子KISS1和TAC3基因的轉錄，并與二者mRNA 水平呈負相關。臨床研究表明與未發育的對照組相比，性早熟患者外周血中MKRN3 蛋白濃度較低，與LH、FSH 等促性腺激素水平呈負相關；而MKRN3基因功能區的缺失性突變，將導致GnRH基因的激活，提前進入青春期［15］。目前已發現的MKRN3基因突變，包括移碼突變、錯義突變與無義突變3種，在不同種族、區域均有報道［16］。此外，陳占峰等［17］發現MKRN3基因rs2239669 不同多態性位點（TT、TC、CC）的患兒基因表達水平存在差異，進而導致不同程度的CPP發病風險。

MKRN3基因為母系印跡基因，通過對CPP 患者家系基因的分析發現，目前已知的致病性突變均為父源，如p.Arg328Cys、p.Cys410Ter、p.Pro160Cysfs*14 等［18］。MKRN3基因突變常見于家族性CPP，男性患者比女性患者攜帶MKRN3基因突變的可能性更大；突變攜帶者中女性發生CPP的中位年齡（6.0 歲）較男性（8.25 歲）提前；且與男性相比，攜帶有MKRN3基因突變的女性青春發育體征更顯著［19］；在家族性CPP 中女性比例占優勢（女性90%），表明MKRN3基因對青春期發育的調控作用存在性別差異。Tinano 等［20］指出母系遺傳性CPP 屬于常染色體顯性遺傳，具有不完全的、性別依賴的外顯率，在女性中存在較高的外顯率。此外，MKRN3 蛋白還可通過環指結構抑制神經正五聚蛋白-1 前體的活性，但尚未證實該蛋白與MKRN3蛋白血清濃度有關聯［21］。

1.3 DLK1基因

DLK1（Delta-like 1 homolog）基因是位于人染色體14q32.2 的一種CPP 相關新型致病因素，也稱前脂肪細胞因子1，屬于Notch/Delta/Serrate 家族，編碼類似表皮生長因子的膜結合蛋白，在神經組織、內分泌系統和干細胞中表達，調控Notch信號通路。與MKRN3基因相似，DLK1基因同為母系印跡、父系表達基因，印跡模式受兩個差異甲基化區域（differentially methylated region, DMR） 控制，分別為基因間差異甲基化區域IG-DMR和受精后衍生的次級MEG3-DMR［22］。DLK1基因的功能缺失性突變發生率僅次于MKRN3基因，但其機制尚不明確，推測DLK1基因的異常甲基化或印跡增加親吻素神經元的神經生成進而影響CPP發生［23］。

DLK1基因突變的臨床表現包括肥胖、2 型糖尿病、高脂血癥等［24］。多囊卵巢綜合征和不孕癥也與DLK1基因突變有關。DLK1基因連同父系染色體上RTL1和DIO3基因的缺失可導致Temple 綜合征，表現為生長遲緩、張力減退、運動遲緩和消瘦［25］；而母源等位基因表達的MEG3等基因的缺失導致Tokagami 綜合征，表現為面部畸形、腹壁缺損、肺發育不全和智力障礙［23］。Temple 綜合征大多合并CPP 及初潮時間提前，多導致成年后身材矮小，因此，DLK1基因位點印跡的缺失是CPP 的可能機制之一［26］。國內對特發性CPP 患者的基因進行篩查，但未發現致病性變異或拷貝數異常，表明MKRN3、DLK1等基因的突變可能并非我國CPP的常見病因［27］。

1.4 LIN28B基因/LIN28A基因

全基因組關聯分析研究發現，LIN28B基因變異與青春期啟動時間有關。LIN28B基因是let-7 microRNA的轉錄后抑制物，參與其降解和負調節，與月經初潮年齡密切相關［28］。青春期時LIN28基因在下丘腦中的表達下降，與MKRN3基因一致，LIN28B基因被認為或與MKRN3基因協同調節青春啟動的時間［29］。LIN28B基因的功能冗余同源物LIN28A在轉基因小鼠中也存在青春發育的關聯性［30］。但LIN28B的編碼區僅發現p.His199Arg變異符合CPP 的臨床表現，但該變異也存在于正常發育兒童中，因此該變異未被認為是CPP 致病性變異［31］。Yi等［29］縱向隨訪7～9歲兒童青春發育起始時間發現，LIN28B單核苷酸多態性rs314276 和rs314280 與男性性早熟存在關聯，但與女性無關。目前，LIN28B和LIN28A調節性發育啟動機制還在進一步研究中。

1.5 其他基因

體細胞內GNAS-1基因編碼的鳥嘌呤核苷酸結合蛋白（G 蛋白）α 亞基（Gsα）發生基因突變導致McCune-Albright 綜合征，表現為性早熟合并纖維性骨發育不良、皮膚咖啡色素斑等臨床表現［32］。其他更為罕見的單基因，如MAGEL2基因，同為母系印跡、父系遺傳基因，作用于MKRN3基因編碼的泛素連接酶，降低MKRN3基因穩定性，或間接導致CPP的發生［33］；NOTCH1/2基因復制所導致的基因劑量增加，影響親吻素神經元的發育，也可能引起CPP［34］。

2 表觀遺傳學致病因素

由于大量CPP 患者尚未找到潛在的基因致病性變異，表觀遺傳學相關致病作用近年來受到重視；研究已發現多種HPG 軸上的表觀遺傳缺陷可引起發育異常。由IGF2/H19基因IG-DMR 的低甲基化和7 號染色體單親二倍體導致的Silver-Russell綜合征，患者的青春期開始時間發生于正常值的下限［35］。與X連鎖基因甲基-CpG-結合蛋白缺陷相關的Rett綜合征，已有多例患者被報道存在性早熟的臨床表現［36］。基因的甲基化、組蛋白乙酰化修飾等表觀遺傳學調控在青春期啟動中可能起重要作用。

2.1 DNA甲基化調控

DNA 的甲基化和去甲基化分別由DNA 甲基轉移酶DNMT和去甲基化酶TET催化。Lomniczi等［37］發現，在青春期之前，下丘腦中兩個關鍵Polycomb復合物蛋白（Polycomb group, PcG）基因EED和CBX7的表達量減少，其啟動子的甲基化增加。通過DNMT抑制劑五氮雜胞苷處理產后小鼠，可阻止EED和CBX7甲基化，使二者mRNA水平升高，阻止青春期的發生。Bessa等［38］通過分析正常青春期相關的甲基化改變，發現青春期前后存在120個甲基化差異區域，大多位于X 染色體。在青春期組中，只有一個包含ZFP57啟動子的基因組區域被低甲基化，位于染色體6p22.1，青春期時在下丘腦的表達增加，與GnRH和KISS1基因的高表達一致，并被證實參與MKRN3基因和DLK1基因等多個基因的印跡修飾［39］。多項臨床研究結果表明，MKRN3基因甲基化缺陷不是CPP 的常見原因［40］，而DLK1基因低甲基化與類似Temple綜合征的散發性CPP相關。Li等［41］通過構建MKRN3基因敲除小鼠模型實驗發現，MKRN3基因抑制CPP 的作用與去甲基化酶TET2的募集有關。

2.2 微小核糖核酸調控

研究發現，特定的微小核糖核酸（microRNA,miR）可對青春期前下丘腦GnRH基因的表達起調節作用，異常則導致GnRH基因表達的缺失或釋放節律的改變［42］。其中，miR-200 和miR-155 與青春期前刺激GnRH產生增加密切相關。Heras等［43］的大鼠研究發現，miR-30b 可抑制MKRN3基因3'UTR，從而減少MKRN3基因的表達，導致青春期提前。此外，miR-125b可加快原始卵泡的發育；miR-7a2參與垂體的發育，缺失可導致中樞性性腺功能低下。動物實驗發現let-7c、miR-125b-2、miR802 等在小青春期前后選擇性地富集到GnRH神經元中，下丘腦miR-200b 的過表達可矯正海馬基因表達和突觸傳遞，使GnRH轉錄調控網絡的基因正常化［44］。

3 基因調控網絡

基因調控網絡學說認為青春期的過程由高度協調和相互作用的基因網絡控制，網絡核心由編碼轉錄調節因子組成，指導下游從屬基因，通過它們在參與啟動青春期的神經元和神經膠質細胞亞群中表達。單個基因的序列變異可能不會導致CPP的易感性，但多個結構功能上相連接的基因同時發生改變可能會影響基因網絡整體的表達［45］。基于此，Cukier等［46］研究了86例CPP和47例促性腺激素性性腺功能減退癥患者，結果發現TTF1基因和EAP1基因可能通過改變與青春期相關基因網絡中其他成員的表達，或通過不同程度影響這些基因網絡中基因成分的表達來影響青春期的啟動。目前該領域的研究尚在進一步完善中。

4 總結與展望

迄今為止，KISS1、KISS1R基因的功能獲得性突變，MKRN3、LIN28及DLK1印跡基因的功能缺失性突變均是CPP 重要的單基因致病原因。上述單基因相關的表觀遺傳修飾，也可通過去甲基化、miRNA 調節，促進GnRH基因的表達。MKRN3基因等在西方突變率較高的基因，在包括我國在內的亞洲地區突變率非常低，提示亞裔人群的CPP遺傳發生機制有待未來進一步研究。

作者貢獻聲明：張余韻負責查閱文獻，撰寫文章；羅飛宏負責修改綜述，并予以完善。

利益沖突聲明：所有作者聲明無利益沖突。