早发性卵巢功能不全遗传因素中相关基因改变的研究进展！

早发性卵巢功能不全（POI）是指女性在40岁之前出现月经及激素水平异常等现象。近年来，POI的发病率出现逐年提高的趋势，引起国内外学者的强烈关注。随着全外显子测序、全基因组测序等技术的发展，不同的POI候选基因及致病基因被发现，越来越多的研究证实基因突变参与POI的病理生理过程，大大增加了人们对其遗传学病因的认识。本文从DNA损伤修复和同源重组相关基因、转录因子相关基因及卵巢功能相关基因三个方面综述了POI相关基因改变及其分子机制的最新进展，以期进一步明确其发病机制的多样性，为POI的遗传学筛查和治疗提供新的思路。

早发性卵巢功能不全（Premature ovarian insufficiency，POI）指女性在40岁之前出现月经异常（闭经或月经稀发＞4个月）、FSH＞25 U/L（连续两次，测定间隔超过4周）、雌激素水平波动性下降。

POI是女性不孕症的重要原因之一，约1%的40岁以下女性受其影响。卵巢早衰（Premature ovarian failure，POF）被认为是POI的终末阶段。有文献显示，POI的综合患病率约为3.7%。POI具有高度的异质性，遗传因素被认为是导致POI的重要病因之一，通常表现为原发或继发闭经。大多POI是特发的，推测与单个基因的功能缺失、突变或多基因杂合变异有关。

本文对POI相关基因的改变及其分子机制的最新研究进展进行综述。

一、DNA损伤修复和同源重组相关基因

1.MutS同源物4和5（MutS homolog 4 and 5，MSH4、MSH5)：

MSH4和MSH5属于DNA错配修复家族成员，可形成异源二聚体，在减数分裂I期前结合DNA链，稳定同源染色体之间的相互作用。

Wan等提出MSH4双等位基因变异会导致第一极体形态异常，影响卵母细胞质量，功能研究表明MSH4变体c.2374A＞G可能通过改变MutS_V域的局部构象而不是通过单倍不全来发挥作用，而卵巢储备减少患者的MSH4变体c2222_225delAAGA可以降低蛋白在体外的表达来影响其功能。当二倍体精原细胞形成单倍体精子细胞的过程受到干扰时，可能发生完全双侧减数分裂停止（Meiotic arrest，MeiA），多数于减数分裂I期的精母细胞阶段发生。

有研究报道了MSH4的罕见错义突变p.S754L使ATP酶结构域的丝氨酸被亮氨酸取代，导致蛋白质的ATP酶活性改变，引起男性不育。而MSH4的纯合性功能丧失以及复合杂合突变均会导致精子发生在减数分裂I期停止，是非梗阻性无精子症（Non-obstructive azoospermia，NOA）发生的原因之一。

较近的一项研究首次在MeiA的患者中报道了MSH5致病性纯合变异，同时在NOA患者身上发现了MSH4第16外显子的纯合无义突变c.2198C＞A；（p.Ser733Ter)是新发的致病变异，先证者妹妹携带同样的纯合变异被诊断为POI。

又有研究发现，MSH5一个常染色体隐形突变p.D486Y可以破坏DNA双链断裂修复，携带该基因点突变的纯合突变小鼠表现为POI不孕。在POI患者的颗粒细胞中发现了一个低表达的长链非编码RNA（lncRNAs）HCP5，HCP5作为MSH5的一种新的转录激活因子可以通过影响参与细胞进程的Y盒结合蛋白1（YB1）在细胞核中的定位，降低MSH5的表达和DNA损伤修复，促进颗粒细胞的凋亡，参与POF过程，为POI的发病机制提供了新的表观遗传机制。

上述研究表明，MSH4和MSH5变异不仅可以导致女性不孕，还是导致男性不育的病因之一，提示男性MeiA和女性POI可能具有相同的潜在原因。

2.微小染色体维持蛋白8和9（Minichromosome maintenance complex component 8 and 9，MCM8、MCM9）：

MCM8和MCM9参与多种DNA相关过程。有研究发现，原发不孕患者携带有新的MCM8致病突变，且通过功能研究表明该变异能使MCM8转录产物水平显著降低；还有研究在一位13岁的青少年身上发现两个新的MCM8基因杂合突变，位于第7外显子的C.724T>C（p.C242R）和第12外显子的C.1334C>A(p.S445*)，且突变在不同物种之间高度保守；该两个突变被证明是儿童和青少年POI的遗传病因，发病个体表现为卵巢功能不全、青春期生长迟缓以及癌症易感性；这为了解青少年POI的病因提供了有力证据，但其具体致病机制还有待研究。MCM9外显子8中的新变体p.L475F位于促进三磷酸腺苷（ATP）水解的微染色体维持（MCM）结构域，外显子12中的新变体p.L974S和p.A1130T位于C-末端延伸结构域，均会导致DNA双链断裂（DSB），这是最常见也是最严重的DNA损伤。

有研究表明，MCM9的25个单核苷酸多态性位点与减数分裂I期有关。上述研究结论提示，MCM9杂合变异作为卵巢功能改变的遗传学病因，可能是一个等位基因突变引起的单倍不足，表现为剂量依赖性的继发闭经，然而双等位基因变异会导致卵巢功能严重缺陷，致使女性原发性闭经。除此之外男性不育与女性不孕存在一定的相似性；有研究报道在不孕女性及其兄弟中发现的MCM9纯合变异c.394C＞T(p.Arg132*)是女性POI以及男性NOA的病因之一。

有学者发现，MCM8在卵泡期的表达比排卵期和黄体期更强，而MCM9的表达无周期性变化，推测MCM9可能参与生殖细胞增殖的上游阶段。这对于应用激素治疗POI具有指导意义。同源重组修复DNA对肿瘤的抑制作用近些年来成为广大学者研究的热点，MCM9被认为是罹患早发性结直肠癌的易感基因，对于一些存在增加癌症风险的基因突变POI患者来说，远期的健康检测需要引起重视。

3.OBfold同源重组因子（Homologous recombination factor with OB-fold，HROB)：

HROB是编码招募MCM8、MCM9进行DNA损伤修复的同源重组因子。有学者对POI患者进行全外显子测序证明HROB是POI的候选基因，但未对其进行功能研究。动物实验表明，HROB缺失的小鼠卵母细胞在减数分裂I期停滞，表现为不孕，是POI的致病原因之一。HROB也被称为C17orf53/MCM8IP，能有效入侵DNA损伤部位介导DNA合成的修复，而MCM8IP-MCM8-MCM9复合物损伤会引起POI。因此，HROB在卵母细胞减数分裂中发挥重要作用，HROB突变可能会引起POI。

4.同源重组修复途径相关调节蛋白（Scaffolding protein involved in DNA repair，SPIDR）：

SPIDR丢失的细胞具有高水平的同源重组缺失和基因组的不稳定性。SPIDR编码区包含2 214个核苷酸（738个密码子）。有学者对卵巢发育不良或卵巢缺失的一对阿拉伯血统姐妹进行研究，发现SPIDR纯合无义突变c.839G＞A（p, w280*）的翻译产物可能是一个只含有38%原基因的短蛋白，这使得与同源重组修复蛋白（RAD51）相互作用所必须的结构域被截断，同时该突变改变了SPIDR在同源重组中的活性，使DNA双链断裂损伤积累。RAD51与布鲁姆综合症蛋白（Bloom’s syndrome protein，BLM）形成复合体可定位DNA损伤部位，体外实验表明SPIDR是参与RAD51和BLM相互作用的辅助蛋白。

有研究对印度的一例POI患者进行二代测序发现，在SPIDR外显子7中新的无义突变c.814C＞T（R272*）可以引起其介导的mRNA衰减，这与上文患有POI的阿拉伯姐妹相似；该突变使644个C端残基被截断，其中包括部分RAD51相互作用区以及编码DNA解旋酶BLM的全部相互作用区。还有研究认为，仅存在细胞质中的RAD51突变体p.Glu68Gly可能引起滤泡闭锁或者有缺陷的减数分裂。这些研究结果支持SPIDR致病变异影响同源重组继而导致POI的结论。

二、转录因子相关基因

1.新生儿卵巢同源盒基因（Newborn ovary homeobox gene，NOBOX）：

NOBOX是卵母细胞特异性表达的转录因子，敲除NOBOX基因的小鼠表现为卵母细胞缺失和卵巢早衰。有研究证实，由颗粒细胞产生并参与卵泡发育的Kit配体（KIT-L）受NOBOX基因的调控，是NOBOX新的直接靶基因；NOBOX突变能降低KIT-L的表达。

有学者对在小鼠生殖细胞中共表达的生殖细胞特异性的碱性螺旋-环-螺旋转录因子(FIGLA)、NOBOX、LIM同源盒8（LXH8）、生殖细胞特异性转录因子1（SOHLH1）和生殖细胞特异性转录因子2（SOHLH2）进行研究，结果表明在FIGLA缺乏的卵母细胞中，Kit和NOBOX表达完全消失，LHX8表达显著降低，且显著降低协调卵母细胞分化的转录因子SOHLH1和SOHLH2的表达。

FIGLA可以控制下游卵母细胞特异性基因表达的NOBOX、LHX8、SOHLH1、SOHLH2、TATA盒结合蛋白相关因子4b和生长分化因子9（GDF9）。部分基因在卵母细胞中可以交叉调控，相互作用，且共享下游基因靶点。这种网格式的调控反应，表明了POI基因致病的复杂性，且NOBOX在其中起到重要作用。有学者在青春期延迟和原发性闭经的POI先证者及其姐姐体内检测到两个新的NOBOX复合杂合截断突变，并证实是导致两姐妹出现严重POI表型的原因。

2.叉头盒L2基因（Forkhead box L2，FOXL2)：

FOXL2是一个单外显子基因，编码具有叉头结构域的376个氨基酸转录因子。FOXL2突变会引起常染色体显性遗传疾病小睑裂-上睑下垂-内眦赘皮倒位综合征（BPES）的发生，此病通常以眼睑畸形和卵巢功能障碍为特征，提示FOXL2可能是导致POI的致病基因。FOXL2对StAR启动子作用的功能研究表明，导致蛋白质截断的无义突变和错义突变[c.307C>T;p.(Arg103Cys),c.311A>C;p.(His104Pro),c.320G>A;p.(Ser107Asn),and c.335T>A;p.(Phe112Tyr)]通过抑制StAR活性导致POI。

还有研究表明，敲除FOXL2能抑制人卵巢颗粒细胞的增殖，且细胞周期在G0或G1期停滞，证明了FOXL2与细胞周期衰减有关。成人的颗粒细胞肿瘤可由导致POI的致病突变FOXL2c134w的抑制基因引起。FOXL2参与DSB修复途径非同源链接的直接调控，控制DSB修复途径的平衡来保持基因组的完整性。上述研究表明FOXL2在卵巢发育中起关键作用。

3.细胞特异性转录因子基地核素1（Basonuclin1，BNC1）：

BNC1在人卵母细胞中表达。一项大型的中国POI女性基因图谱测序发现，BNC1下调能降低骨形态发生蛋白15（BMP15）和磷酸化蛋白激酶（p-AKT）水平，抑制卵母细胞的减数分裂，敲除BNC1基因的小鼠表现为不孕，推测BNC1异常是人常染色体显性遗传性POI的病因。BNC1是卵母细胞脂代谢和氧化还原的重要物质，有研究证明BNC1缺失通过NF2-YAP途径触发卵母细胞铁死亡，继而导致POI。药物抑制YAP信号通路或铁死亡能显著改变由BNC1突变引起的POI，提示YAP和铁抑制剂可能是POI的治疗靶点。

4.富含丝氨酸/精氨酸剪接因子1（Serine/arginine-rich splicing factor 1，SRSF1）：

SRSF是POI致病的新发基因，SRSF1调控转录后基因的表达，参与多种细胞调控过程。纯合SRSF基因敲除的小鼠具有胚胎致死的表型。因此Sun等对条件性SESF1基因敲除的雌性小鼠展开研究，组织学检查发现小鼠卵泡发育受阻，卵母细胞在减数分裂I期停滞，表现为完全不孕；同时验证了SRSF1可以通过mRNA前的异常选择性剪接，直接结合并调控与POI相关的SIX6OS1和MSH5基因表达，阻碍卵母细胞的减数分裂。

三、卵巢功能相关基因

1.BMP15和GDF9：

BMP15和GDF9是转化因子-β家族（TGF-β）的两个成员，具有相同的卵母细胞特异性表达模式，协同作用可使颗粒细胞增殖，形成异质二聚体，GDF9-BMP15异质二聚体可通过SMAD通路激活颗粒细胞。GDF9等位基因的数量以及每个等位基因的突变类型影响POI表型的严重程度。

研究发现，BMP15双等位基因的错义突变c.791G>A(p.R264Q)和c.1076C>T(p.P359L)可以抑制BMP15蛋白的表达，导致功能受损；在体外实验中抑制BMP15突变的表达可促进颗粒细胞的增殖功能。位于BMP15前域区域的突变p.N103K和p.M184T被证明参与同源和异源二聚体的分泌和功能，但因BMP15在形成过程中前体结构域的分裂，突变影响可能被低估。

体外功能研究显示，COV434细胞与纯合子和杂合子状态的BMP15新变异c.406G>C(p.V136L)共转染后，荧光素酶活性显著降低，证实了突变导致其成熟蛋白活性降低，是POI的致病因素之一。BMP15无义突变可在纯合状态下引起POI，杂合BMP15错义突变可能通过干扰累积蛋白活性而影响卵巢功能。骨形态发生蛋白受体基因BMPR1A和BMPR1B变异会导致下游BMP信号通路的损伤，引起POI。

2.胞浆聚腺苷酸元件结合蛋白3（Cytoplasmic polyadenylation element-binding protein 3，CPEB3）：

CPEB3是胞浆聚腺苷酸元件结合家族的一员，是一种RNA结合蛋白，在脑、心脏、生殖系统和肝脏中高度表达。CPEB与细胞质多聚腺苷酸化元件结合，通过其活性影响配子发生、早期胚胎发育、突触可塑性和细胞衰老，CPEB3在牛卵丘细胞的生物和生理学功能方面具以下作用：调节细胞周期进程、细胞增殖、凋亡、细胞内活性氧含量、线粒体活性和扩张等。还有研究表明CPEB3突变可以降低GDF9的表达，导致卵泡发育受损和卵巢功能不全，是POI潜在的病因之一。虽然CPEB3在卵巢中高度表达，但其在卵巢中的功能作用仍然未知，有待进一步研究。

四、小结

随着全外显子测序、全基因组测序等技术的发展，不同的POI候选基因及致病基因被发现，越来越多的研究报道了与POI发生相关的致病基因、发病机制、基因突变导致的不孕表型和母系及父系的遗传学关联，这为不明原因POI患者的遗传咨询提供依据，为后续生殖治疗提供了理论支撑；尤其对于需要进行辅助生殖的患者来说，可以精准选择治疗手段、提高不孕患者的卵母细胞和胚胎质量，对于改善临床妊娠结局具有重要意义。

基因变异是导致女性POI的重要遗传因素，具有优先诊断价值，基因的单倍不足和不完全外显效应解释了部分常染色体遗传现象，但仍有许多基因变异导致的POI无法用单一机制来解释。虽然POI的遗传病因正在不断扩大，其临床表现、功能研究、基因诊断和治疗均有较大进展，但大多数POI的致病机制尚不明确，需要更深入的研究加以探讨。

文章来源：

王云迪，吉日嘎拉赛罕 巴达日其，王煜.早发性卵巢功能不全遗传因素中相关基因改变的研究进展[J].生殖医学杂志，2024,33(6):831-836.