中樞性性早熟遺傳學研究進展

魏瑩 周潤雪 牛婧婭

天津醫科大學總醫院兒科 300052

性早熟是指青春期發育年齡早于相應種族預期平均年齡，低于平均值2～2.5個標準差通常作為診斷閾值。中樞性性早熟(central precocious puberty，CPP)源于下丘腦-垂體-性腺(hypothalamic-pituitary-gonadal，HPG)軸啟動。家族性CPP定義為兩個或多個家庭成員發生CPP。若中樞神經系統先天性或獲得性病變和單基因性缺陷被排除時，即認為是特發性中樞性性早熟(idiopathic central precocious puberty，ICPP)。迄今所有隊列研究女孩CPP患病率均高于男孩。丹麥一項研究估計，女孩性早熟(包括常見的變異以及CPP)患病率為0.2%，男孩小于0.05%[1]。中國性早熟總發病率為0.43%，女孩為0.48%，男孩小于0.38%[2]。

1 正常青春期啟動

通常青春期發生在8～13歲女孩及9～14歲男孩中。已知青春期最早的生理事件是下丘腦脈沖式分泌促性腺激素釋放激素(GnRH)增加；青春期最早體征如男孩睪丸增大和女孩乳房增大，發生在GnRH首次分泌增加的幾個月到幾年之后[3]。青春期啟動時間變異至少有3種潛在機制。首先，生殖內分泌活動最初出現的時間可能存在差異；其次，GnRH神經元活性或下游信號事件的差異可能改變初始激活后生殖激素升高的速率，這種機制可以解釋基因如何參與GnRH神經元的發育和遷移；第三，終末器官對生殖激素的反應性可能不同，從而改變了青春期生理特征所需的生殖內分泌活動的“閾值”[4-5]。

研究顯示，青春期時間變異的60%～80%是由于遺傳因素引起[6]。如母女之間以及同族個體之間初潮年齡相似；單卵雙胞胎之間的青春期時序比雙卵雙胞胎或姐妹之間的青春期時序相關性更高[7]。許多小到中等規模的隊列研究發現了候選基因與青春期啟動的關聯，同時不乏大規模的全基因組關聯研究(genome-wide association studies，GWAS)。

青春期發育由抑制性、刺激性和允許性因子在其上游共同協調控制。Kisspeptin是一種在下丘腦、腎上腺和胰腺中表達的肽激素，是GnRH誘導HPG軸活動的有力刺激物。在每個Tanner階段，女孩kisseptin水平常高于男孩，這似乎能解釋女孩青春期更早于男孩[8]。Ieda等[9]的動物實驗證實GnRH(1-5)(一種GnRH代謝產物)-GPR101[GnRH(1-5)受體基因]信號轉導通過間接激活kisspeptin神經元促進黃體生成素(LH)釋放，而谷氨酸能神經元可能介導該信號轉導，提供了kisspeptin和GnRH神經元以及HPG軸相互作用的有力新證據。

人類的GWAS不僅包括正常青春期啟動的人群，也包括青春期過早和延遲的人群，并發現不同性別之間影響青春期啟動的基因有明顯的重合部分，有些基因位點表現出不同的效應甚至相反的效應。Cousminer等[10]分析了這些性別特異性基因影響青春期開始時間的潛在機制。并有研究表明，常見的基因變異更容易導致女孩青春期過早，男孩則容易出現青春期延遲[11]。

2 CPP單基因病因研究

2.1 Kisspeptin基因(KISS1)和KISS1R的激活突變導致CPP Teles等[12]研究確定了CPP患者第1個單基因缺陷，即KISS1R基因1個雜合激活突變(p.Arg386Pro)。攜帶該突變的女孩自出生起就出現乳房輕微增大，隨后呈線性生長加速，骨骼成熟超前，并在7歲時表現更加顯著的第二性征。體外研究表明，該突變導致細胞內信號轉導途徑對kisspeptin的反應激活時間延遲。Silveira等[13]在KISS1中鑒定了一個雜合激活突變(p.Pro74Ser)。該變異是在一個1歲男孩CPP患者中發現的。他的母親和外祖母是同一基因突變的攜帶者，而她們青春期發育正常，表明該表型的性別依賴性外顯率不完全。體外研究發現，p.Pro74Ser突變具有更高的刺激信號轉導的能力，從而導致kisspeptin的生物利用度更高。Ghaemi等[14]選擇25例家族性性早熟受試者，評估GPR54在家族性性早熟中的變異。在GPR54中檢測到3種不同的單核苷酸多態性(SNP)：13位受試者(52%)中存在rs10407968(24A>T)；16位受試者(64%)中存在 rs3050132(1091T>A)，并且在1位受試者(4%)中發現一個新的多態性(492C>G)，而3位受試者(12%)沒有SNP。 該研究中88%的受試者存在SNP，支持GPR54基因SNP與家族性性早熟可能存在關聯，而這種可能性以及這些多態性的潛在作用需要進一步研究。在所描述的病例中，患者均是雜合子，這與家族性CPP的常染色體顯性模式一致。與CPP病例相關的KISS1R和KISS1的激活突變均有助于闡明kisspeptin途徑在生理條件下青春期控制中的作用。

2.2 印跡基因MKRN3的失活突變導致家族性CPP MKRN3位于印跡基因座15q11-q13，與蛋白質泛素化有關。研究證明，它多泛素化NPTX1，這是另一種在青春期高度表達的功能未定的蛋白質，由于多泛素化通常導致蛋白質降解，NPTX1水平通常在青春期前保持較低水平，一旦MKRN3水平隨著青春期開始下降，則NPTX2水平會升高[15]。MKRN3具有母體印跡，因此，患者僅在從父親那里繼承突變的等位基因時才出現CPP。

Abreu等[16]在2013年首次描述了MKRN3在CPP發病機制中的作用。對32例CPP患者(27例女性和5例男性)外顯子進行測序，確定了來自5個CPP家庭的15名個體(8名女孩和7名男孩)，他們攜帶MKRN3失活突變。4個家庭有移碼突變，而第5個家庭有1個錯義變異。研究者還發現，小鼠弓狀細胞核中MKRN3 mRNA水平在出生后第10天和第12天最高，隨后下降，第18～22天達到最低點，標志著青春期的開始。因此認為MKRN3對青春期啟動具有抑制作用，并且其功能喪失將有利于過早刺激GnRH分泌和青春期發育。Macedo等[17]研究了215例散發性CPP，確定了8例由MKRN3功能喪失突變引起的CPP。但是，直到現在，尚未建立能夠準確預測青春期的臨界值[18]。Hagen等[19]針對丹麥女孩的研究發現，青春期血清MKRN3水平降低15%；此外，與年齡匹配的青春期前女孩相比，早熟女孩的MKRN3水平更低。 Bessa等[20]報道了20例已診斷特發性CPP的男孩中有8例發生了MKRN3基因突變，證明先前被歸類為特發性CPP的男性中MKRN3突變頻率很高。一項薈萃分析證實MKRN3的缺陷是遺傳性CPP的最常見原因，在家族性病例中，患病率介于33%～46%和0.4%～5%。Macedo等[21]對115例女孩CPP患者的基因組測序，旨在研究非編碼區的可能致病變異，發現1例患者MKRN3近端啟動子區存在罕見的雜合缺失。Ram等[22]的研究支持MKRN3 SNP rs12441827對韓國男孩性早熟的影響。目前已經報道了30多種不同的MKRN3功能喪失突變[23]。這些突變中有很大一部分是移碼突變，影響了蛋白質的氨基末端區域。

2.3 印跡基因DLK1的失活突變導致家族性CPP Deltalike同系物1(DLK1)是另一種父系表達的印跡基因，位于染色體14q32.2，該區域包含一個印跡基因簇。DLK1是delta-notch通路的一部分，在垂體中，DLK1和notch信號通路在垂體細胞類型分化中發揮作用。母單親二倍體、表觀變異和父系缺失染色體14q32.2導致該區域父本表達基因(包括DLK1)的表達缺失。這些分子異常與Temple綜合征有關。

Dauber等[24]在一個巴西家系中發現了DLK1印跡基因的一個復雜缺陷(包含該基因的第1個外顯子的14 kb雜合缺失)；此外，測序分析還顯示與DLK1的3號內含子有269 bp的重復，并與缺失相分離。同年Grandone等[25]對60例特發性CPP的女孩進行DLK1基因序列檢測時，沒有一個女孩有這種基因的突變。隨后，Gomes等[26]描述了3個具有父系表達的DLK1功能缺失突變的新家族。他們在來自3個無關家族的5例患者中發現了DLK1外顯子5的3個不同的移碼突變(p.Gly199Alafs*11、p.Val271Cysfs*14和p.Pro160Leufs*50)。

3 其他潛在基因

對GWAS中的基因(LIN28B、TACR3、LEPR和ESR1)的常見和罕見變異進行分析，尚未發現它們與性早熟有明確關聯。盡管在一些小規模的基因關聯研究中發現了某些基因突變與性早熟的潛在相關性。這些基因包括與促性腺激素信號轉導生物學相關的基因——GNRH1、LHB、FSHB、TTF1、EAP1、NPVF、NPFFR1，以及編碼類固醇生成酶的基因——CYP19A1、CYP1A1、CYP17和CYP1B1。但這些小規模研究未給出任何明確結論。

4 臨床綜合征或染色體異常

少數研究報道了罕見的患有復雜表型的特發性CPP患者的病例，這些患者主要與臨床綜合征或染色體異常有關。迄今為止報道的CPP為以下遺傳綜合征表型譜的一部分。

4.1 Temple綜合征(14號染色體父源缺失表觀遺傳異常及母源單親二倍體) 臨床表現為宮內和出生后生長受限、身材矮小、喂養困難、面部異常表現(輕微的眼瞼下垂、鼻尖光滑、前額高等)，手腳發育短小、低血壓及肥胖、性早熟等。

4.2 Silver-Russell綜合征(11p15ICR1區甲基化異常和7號染色體母源單親二倍體) 臨床表現為宮內生長受限、出生后生長發育遲緩、喂養困難、身體不對稱以及特殊的面部表現(如三角臉、前額突出等)和兒童期以上常見骨齡延遲、精神運動發育遲緩、腫瘤(睪丸腫瘤、精原細胞癌、肝細胞癌)、性早熟等。

4.3 Williams-Beuren綜合征(7q11.23缺失) 可導致多系統障礙綜合征，臨床罕見?？衫奂岸嘞到y，內分泌系統可表現生長落后、甲狀腺功能減退、 糖代謝異常、高鈣血癥、性早熟等。

4.4 Prader-Willi綜合征(15q11-q13父源性染色體的表達異常) 在不同年齡階段表現為肌張力低下、喂養困難、貪食、肥胖、身材矮小、生殖器發育不良、智力障礙、代謝異常及認知行為障礙等,也有性早熟報道。

綜上所述，青春期啟動是多因素參與的生理過程，病因復雜，目前其遺傳學發病機制研究成果有限。進行更大樣本和更多樣化群組的研究，進一步尋找CPP相關致病基因的變異或變異位點，應用計算機技術對這些變異的致病性(即是否會導致蛋白結構和功能的改變、是否會影響剪接)進行預測，并結合臨床分析其與疾病的相關性，將有助于明確CPP的發病機制，為其遺傳診療方案的實施提供理論依據。