多囊卵巢综合征的遗传学研究进展
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青岛市内分泌糖尿病研究所；山东；青岛266033 司元国；程洁(综述)；董砚虎(审校)
关键词：多囊卵巢综合征；高雄激素血症；高胰岛素血症；肥胖
摘要：多囊卵巢综合征是一种多病因的疾病，患者常伴有高雄激素血症和高胰岛素血症，其发生肥胖和Ⅱ型糖尿病的危险性增加，遗传学研究发现其具有家族聚集性，并有多种基因参与了发病。
多囊卵巢综合征(PCOS)是神经、内分泌及代谢系统和卵巢局部的调控因素失衡而出现的疾病，多发生在育龄妇女。早在1845年Chereaic描述一种硬化囊性变卵巢。1904年，Frindley称之为囊性退化卵巢，Stein-Leventhal首次归纳其症候群为闭经、多毛、肥胖、不育和双侧卵巢囊性增大，称之为Stein-Leventhal综合征。主要内分泌特征为高雄激素血症、高胰岛素血症、黄体生成素(LH)水平升高，LH/促卵泡素比值升高。PCOS病因仍不明了，本文从家系、核型、基因三方面综合PCOS的遗传学研究进展。
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1、家系分析
PCOS呈现高度的家族聚集性，一般具有常染色体显性遗传的特征。1994年，Garey等通过临床症状、超声检查、临床及内分泌特点选择了10个家系进行研究，女性以卵巢多囊(PCO)，男性PCOS以早秃为表型，发现一级女性亲属受累率为51%，认为男性早秃是男性患者的确切表现型。每个家系均表现为常染色体显性遗传，外显率大于90%。推论女性多囊卵巢和男性早秃是影响雄性激素产生和活动的同一等位基因引起，不同的基因频率是因为男女性别各有不同的表现型阈值，其他基因的作用最可能解释表现型的不同。但也发现PCO的遗传方式与常染色体显性遗传及X连锁显性遗传方式均不同，可能为减数分裂的异常、致病因子的垂直传播及母亲雄激素对性腺发育的影响等环境因素有关。PCOS的遗传异质性、种族差异、临床表现的多样性使PCOS遗传学研究面临极大的困难。
2、核型分析
大部分PCOS患者为46，XX核型，但也有45，XO嵌合型，这是受精卵在减数分裂时性染色体发生不分离所致。因发生在受精卵，故同一个体内便产生两种或两种以上的细胞系。另有一种可能是受精卵在有丝分裂过程中部分细胞分裂后期发生迟缓。因此，迟缓的染色体不能达到细胞的任何一级，则其迟缓的染色体丢失，造成个体部分细胞有正常染色体，部分细胞染色体丢失，成为嵌合体。但目前尚无对男性PCOS的染色体核型的报道，有待于进一步研究。
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3、基因分析
3.1甾体激素合成酶基因
3.1.1 17-羟化酶和17、20裂解酶(CYP17)基因17-羟化酶和17、20基因编码P450(17α)的调节。在CYP17的5'端未翻译区一个459bp片段，由聚合酶链反应扩增后，发现从翻译起始点—34bp处存在单个碱基突变，即T→C。这种变异的等位基因包含一个限制性内切酶Msp-1的酶切位点，利用贴近基因的多态标记进行PCOS家族的连锁研究以判断CYP17是否为PCOS的病原基因。Liovic等发现CYP17的多奇谈怪论性在PCOS患者与对照中分布相等；但对希腊PCOS患者的研究中发现，CC基因型比TT、TC型加重临床高雄激素血症。因此，尚不能肯定CYP17多态性对CYP17的调节异常方面有明显作用。
3.1.2胆固醇侧链裂解酶(CYP11α)基因CYP11α是雄激素合成代谢的关键酶。CYP11α基因翻译起始点的AGT起点-528bp处有一核甙酸重复(ttt)n。Gharani等研究CYP11α微卫星多态性与PCOS的关系，女性PCOS分为216+(至少一个拷贝)及216-(无216等位基因)两组，结果显示216-基因型有更高血清睾酮，CYP11α基因型的分布有显著不同。并研究发现在CYP11α位点上过多等位基因共享(连锁)的证据。相关和连锁研究提示CYP11α基因是PCOS的一个主要的遗传易感位点。
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3.1.3芳香化酶(CYP19)基因 芳香化酶挛是雄激素合成和代谢的关键酶。PCOS特征之一为卵泡发育障碍，以致不能形成优势卵泡，芳香化酶能将卵泡膜细胞分泌的雄激素转化为雌激素。研究发现PCOS患者卵泡缺乏刺激P450芳香化酶mRNA的激活物，以致雌激素水平低，不能维持卵泡的正常发育，导致不孕症。亦有报道一例芳香化酶点突变的PCOS患者，突变点为P408(CCC，外显子9)处的一碱基(C)缺失，造成框移。另一突变点为外显子和内显子3间的G→A的点突变，此患者血清雌激素明显低，需终身服用雌二醇以维持正常的生长发育。以上说明芳香化酶基因为PCOS的重要候选基因。
3.2与胰岛素分泌活动有关的基因
3.2.1胰岛素基因 卵巢组织上存在胰岛素受体，胰岛素可刺激颗粒细胞使之分泌孕酮，使颗粒细胞黄素化，诱导颗粒细胞上LH受体合成，同时改变肾上腺细胞对ACTH的敏感性。胰岛素基因位于11号染色体11p15.5，其5'端有可变数目患联重复(VNTR)的小卫星，呈双峰分布，I类等位基因缩短(平均40重复)，Ⅲ类等位基因延长(平均157重复)。通过对17个家系进行胰岛素基因VNTR和PCOS相关性研究，计算胰岛素基因VNTR的优势比。发现在3组人群中，Ⅲ类等位基因与每例PCOS均有关，特别是无排卵型PCOS关系密切。非参数连锁分析示胰岛素基因VNTR位点有过多的等位基因共享的证据。还发现Ⅲ类等位基因通常由父亲遗传，提示这是一种遗传印记现象，亦为无排卵型PCOS的主要可疑位点。总之，PCOS的高胰岛素血症、血脂异常增加发展为Ⅱ型糖尿病和心血管疾病的危险性。
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3.2.2胰岛素受体基因 部分PCOS患者表现为胰岛素抵抗，在对PCOS患者胰岛素受本基因整个密码子区的分子扫描，发现了普遍的多态性，特别是内含子5'端到外显子3'端，但没有发现错义或无义突变，认为PCOS患者胰岛素受体基因的突变是罕见的。胰岛素受体是α2β2四聚体，本身具有蛋白激酶的活性，研究发现PCOS患者皮肤成纤维母细胞及骨骼肌细胞胰岛素受体β亚单位的丝氨酸被异常磷酸化，可削弱其蛋白激酶的活性，导致PCOS患者胰岛素受体后缺陷，表现为胰岛素抵抗，易发展为Ⅱ型糖尿病。
3.2.3胰岛素样生长因子(IGF)基因 IGFs在调节卵巢雄激素生成中起重要作用。根据性能分为IGF-Ⅰ和IGF-Ⅱ，基因分别位于12号染色体长臂及11号体短臂。IGFs和胰岛素可协同调节卵巢性激素的合成，IGF-Ⅰ通过颗粒细胞的自身受体和胰岛素受体，促进颗粒细胞的增生，在卵泡生长过程中，优势卵泡液中的IGF-Ⅰ浓度升高。IGF-Ⅱ在卵巢局部的合成量高于IGF-Ⅰ，优势卵泡期泡膜细胞和卵巢静脉血的IGF-Ⅰ浓度升高，对优势卵泡的发育和功能起重要的作用。通过原位杂交方法对PCOS患者IGF、IGF受体、胰岛素受体和IGFBP基因mRNA的表达和蛋白定位研究，发现其与正常卵巢小囊泡中所见相似。但Berreca等发现PCOS患者卵泡外IGF-Ⅰ和IGF-Ⅱ浓度及mRNA表达均较正常对照低，推测IGF-Ⅰ、IGF-Ⅱ失调在疾病的发展中起重要作用。由上所见，结合IGF在卵泡生长发育中的重要作用，IGF受体基因可作为PCOS的候选基因。
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3.2.4糖原合成酶基因 Rajkhowa等研究了90例PCOS患者糖原合成酶基因(A2等位基因)Xbal多态性的频率(作为胰岛素抵抗的标记)，肥胖型PCOS具有更高的空腹胰岛素水平(P=0.002)。20%的肥胖型PCOS患者具有糖耐量异常，12.5%PCOS患者具有A1、A2基因型，而健康对照为8%，但无统计意义，即糖原合成酶基因Xbal多态性在PCOS患者中与对照无差异，与胰岛素敏感亦无关联。
3.3促性腺激素基因
3.3.1促黄体生成素(LH)基因 PXOS患者LH升高是由于外周甾体激素的不适当反馈，主要为来源于卵巢及肾上雄激素在外周组织转化为雌酮，雌酮对下丘脑形成不适当反馈，致使GnR分泌频率增加；下丘脑、垂体的自身功能异常，主要是多巴胺数量及活性相对不足，导致垂体分泌GnRH增多；高雄激素环境增加GnRH促垂体分泌LH的敏感性，表现为LH分泌明显增加。LH直接作用于卵泡膜细胞，通过增加细胞内直链裂解酶的活性，使卵泡膜细胞产生过多的雄激素。LH为糖蛋白激素，由α亚基和β亚基组成，β亚基具有特异性，使LH具有生物活性，在LHβ基因的第8及第9密码子中分别存在Trp→Arg和Ile→Thr突变，形成变异型(LH)(v-LH)，研究发现对照和PCOS患者中均存在LHβ基因突变，v-LH基因型和野生型LH(v-LH)妇女血清睾酮及雌二醇水平无差异，然而LH水平小于5mIU/ml的患者有更高的v-LH基因型。v-LH的地理分布方面亦存在很大差异，芬兰v-LH等位基因携带者的频率高，但肥胖型PCOSv-LH基因型频率比其他人群低5～7倍，在美国有相同的趋势，但英国研究结果相反。另一项研究发现肥胖和非肥胖妇女有相似的v-LH频率，v-LH在某些方面可防止肥胖妇女发展为症状性PCOS。
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3.3.2促卵泡激素(FSH)基因 FSH可直接刺激颗粒细胞的增殖和分化，诱导颗粒细胞FSH和LH受体合成，提高颗粒细胞对LH的反应性，以保持排卵前类固醇的合成和排卵黄体的形成，FSH与颗粒细胞表面受体结合后，激活芳香化酶，使更多的雄激素转化为雌激素，FSH还能刺激抑制素、激活素和IGF-I等的合成，这些多肽类物质在调节卵泡的选择方面起重要作用。PCOS患者合成过多的抑制素，选择性抑制垂体FSH释放。当LH升高时，FSH维持在相当于或低于卵泡早期的水平，使LH/FSH比值升高。FSH结构与LH相似，有α亚基和β亚基组成，β亚基具有生物活性。对恒河猴的研究发现，雄激素通过增强FSH的作用，影响卵泡的发育雌激素的生物合成，能部分解释PCOS患者对促性腺激素反应增强。运用单链构象多态和DNA测序法，发现FSHβ基因功能区没有无义突变，外显子3有碱基替换(密码子76，TAT→TAC)，结果发现FSHβ基因多态性与伴有高雄激素血症的肥胖型PCOS相关。
4、小结
家系分析显示多种遗传方式，该综合征一开始即表现为影响育龄妇女，且较难进行跨一代以上的分离研究，且男性表现型还没有被普遍接受，显示为遗传异质性。高浓度LH和高尝试胰岛素具有协同作用，起初引起颗粒细胞和间质细胞增生，导致高雄激素血症，而后者进一步导致卵泡萎缩，使颗粒细胞减少，雌激素和黄体分泌减少，而LH和胰岛素则刺激卵泡膜细胞增生，分泌过多雄激素，导致严重的高雄激素血症。通过对高雄激素血症和高胰岛素血症基因的分析结果，仍需大样本的研究及其他研究加以证实，但PCOS的病因不可能只涉及到一种基因，可能与环境因素相关联的少数几个关键基因起作用，对候选基因的糖尿病及心血管领域有同样的重要性。, 百拇医药
关键词：多囊卵巢综合征；高雄激素血症；高胰岛素血症；肥胖
摘要：多囊卵巢综合征是一种多病因的疾病，患者常伴有高雄激素血症和高胰岛素血症，其发生肥胖和Ⅱ型糖尿病的危险性增加，遗传学研究发现其具有家族聚集性，并有多种基因参与了发病。
多囊卵巢综合征(PCOS)是神经、内分泌及代谢系统和卵巢局部的调控因素失衡而出现的疾病，多发生在育龄妇女。早在1845年Chereaic描述一种硬化囊性变卵巢。1904年，Frindley称之为囊性退化卵巢，Stein-Leventhal首次归纳其症候群为闭经、多毛、肥胖、不育和双侧卵巢囊性增大，称之为Stein-Leventhal综合征。主要内分泌特征为高雄激素血症、高胰岛素血症、黄体生成素(LH)水平升高，LH/促卵泡素比值升高。PCOS病因仍不明了，本文从家系、核型、基因三方面综合PCOS的遗传学研究进展。
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1、家系分析
PCOS呈现高度的家族聚集性，一般具有常染色体显性遗传的特征。1994年，Garey等通过临床症状、超声检查、临床及内分泌特点选择了10个家系进行研究，女性以卵巢多囊(PCO)，男性PCOS以早秃为表型，发现一级女性亲属受累率为51%，认为男性早秃是男性患者的确切表现型。每个家系均表现为常染色体显性遗传，外显率大于90%。推论女性多囊卵巢和男性早秃是影响雄性激素产生和活动的同一等位基因引起，不同的基因频率是因为男女性别各有不同的表现型阈值，其他基因的作用最可能解释表现型的不同。但也发现PCO的遗传方式与常染色体显性遗传及X连锁显性遗传方式均不同，可能为减数分裂的异常、致病因子的垂直传播及母亲雄激素对性腺发育的影响等环境因素有关。PCOS的遗传异质性、种族差异、临床表现的多样性使PCOS遗传学研究面临极大的困难。
2、核型分析
大部分PCOS患者为46，XX核型，但也有45，XO嵌合型，这是受精卵在减数分裂时性染色体发生不分离所致。因发生在受精卵，故同一个体内便产生两种或两种以上的细胞系。另有一种可能是受精卵在有丝分裂过程中部分细胞分裂后期发生迟缓。因此，迟缓的染色体不能达到细胞的任何一级，则其迟缓的染色体丢失，造成个体部分细胞有正常染色体，部分细胞染色体丢失，成为嵌合体。但目前尚无对男性PCOS的染色体核型的报道，有待于进一步研究。
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3.1甾体激素合成酶基因
3.1.1 17-羟化酶和17、20裂解酶(CYP17)基因17-羟化酶和17、20基因编码P450(17α)的调节。在CYP17的5'端未翻译区一个459bp片段，由聚合酶链反应扩增后，发现从翻译起始点—34bp处存在单个碱基突变，即T→C。这种变异的等位基因包含一个限制性内切酶Msp-1的酶切位点，利用贴近基因的多态标记进行PCOS家族的连锁研究以判断CYP17是否为PCOS的病原基因。Liovic等发现CYP17的多奇谈怪论性在PCOS患者与对照中分布相等；但对希腊PCOS患者的研究中发现，CC基因型比TT、TC型加重临床高雄激素血症。因此，尚不能肯定CYP17多态性对CYP17的调节异常方面有明显作用。
3.1.2胆固醇侧链裂解酶(CYP11α)基因CYP11α是雄激素合成代谢的关键酶。CYP11α基因翻译起始点的AGT起点-528bp处有一核甙酸重复(ttt)n。Gharani等研究CYP11α微卫星多态性与PCOS的关系，女性PCOS分为216+(至少一个拷贝)及216-(无216等位基因)两组，结果显示216-基因型有更高血清睾酮，CYP11α基因型的分布有显著不同。并研究发现在CYP11α位点上过多等位基因共享(连锁)的证据。相关和连锁研究提示CYP11α基因是PCOS的一个主要的遗传易感位点。
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3.1.3芳香化酶(CYP19)基因 芳香化酶挛是雄激素合成和代谢的关键酶。PCOS特征之一为卵泡发育障碍，以致不能形成优势卵泡，芳香化酶能将卵泡膜细胞分泌的雄激素转化为雌激素。研究发现PCOS患者卵泡缺乏刺激P450芳香化酶mRNA的激活物，以致雌激素水平低，不能维持卵泡的正常发育，导致不孕症。亦有报道一例芳香化酶点突变的PCOS患者，突变点为P408(CCC，外显子9)处的一碱基(C)缺失，造成框移。另一突变点为外显子和内显子3间的G→A的点突变，此患者血清雌激素明显低，需终身服用雌二醇以维持正常的生长发育。以上说明芳香化酶基因为PCOS的重要候选基因。
3.2与胰岛素分泌活动有关的基因
3.2.1胰岛素基因 卵巢组织上存在胰岛素受体，胰岛素可刺激颗粒细胞使之分泌孕酮，使颗粒细胞黄素化，诱导颗粒细胞上LH受体合成，同时改变肾上腺细胞对ACTH的敏感性。胰岛素基因位于11号染色体11p15.5，其5'端有可变数目患联重复(VNTR)的小卫星，呈双峰分布，I类等位基因缩短(平均40重复)，Ⅲ类等位基因延长(平均157重复)。通过对17个家系进行胰岛素基因VNTR和PCOS相关性研究，计算胰岛素基因VNTR的优势比。发现在3组人群中，Ⅲ类等位基因与每例PCOS均有关，特别是无排卵型PCOS关系密切。非参数连锁分析示胰岛素基因VNTR位点有过多的等位基因共享的证据。还发现Ⅲ类等位基因通常由父亲遗传，提示这是一种遗传印记现象，亦为无排卵型PCOS的主要可疑位点。总之，PCOS的高胰岛素血症、血脂异常增加发展为Ⅱ型糖尿病和心血管疾病的危险性。
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3.2.2胰岛素受体基因 部分PCOS患者表现为胰岛素抵抗，在对PCOS患者胰岛素受本基因整个密码子区的分子扫描，发现了普遍的多态性，特别是内含子5'端到外显子3'端，但没有发现错义或无义突变，认为PCOS患者胰岛素受体基因的突变是罕见的。胰岛素受体是α2β2四聚体，本身具有蛋白激酶的活性，研究发现PCOS患者皮肤成纤维母细胞及骨骼肌细胞胰岛素受体β亚单位的丝氨酸被异常磷酸化，可削弱其蛋白激酶的活性，导致PCOS患者胰岛素受体后缺陷，表现为胰岛素抵抗，易发展为Ⅱ型糖尿病。
3.2.3胰岛素样生长因子(IGF)基因 IGFs在调节卵巢雄激素生成中起重要作用。根据性能分为IGF-Ⅰ和IGF-Ⅱ，基因分别位于12号染色体长臂及11号体短臂。IGFs和胰岛素可协同调节卵巢性激素的合成，IGF-Ⅰ通过颗粒细胞的自身受体和胰岛素受体，促进颗粒细胞的增生，在卵泡生长过程中，优势卵泡液中的IGF-Ⅰ浓度升高。IGF-Ⅱ在卵巢局部的合成量高于IGF-Ⅰ，优势卵泡期泡膜细胞和卵巢静脉血的IGF-Ⅰ浓度升高，对优势卵泡的发育和功能起重要的作用。通过原位杂交方法对PCOS患者IGF、IGF受体、胰岛素受体和IGFBP基因mRNA的表达和蛋白定位研究，发现其与正常卵巢小囊泡中所见相似。但Berreca等发现PCOS患者卵泡外IGF-Ⅰ和IGF-Ⅱ浓度及mRNA表达均较正常对照低，推测IGF-Ⅰ、IGF-Ⅱ失调在疾病的发展中起重要作用。由上所见，结合IGF在卵泡生长发育中的重要作用，IGF受体基因可作为PCOS的候选基因。
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3.2.4糖原合成酶基因 Rajkhowa等研究了90例PCOS患者糖原合成酶基因(A2等位基因)Xbal多态性的频率(作为胰岛素抵抗的标记)，肥胖型PCOS具有更高的空腹胰岛素水平(P=0.002)。20%的肥胖型PCOS患者具有糖耐量异常，12.5%PCOS患者具有A1、A2基因型，而健康对照为8%，但无统计意义，即糖原合成酶基因Xbal多态性在PCOS患者中与对照无差异，与胰岛素敏感亦无关联。
3.3促性腺激素基因
3.3.1促黄体生成素(LH)基因 PXOS患者LH升高是由于外周甾体激素的不适当反馈，主要为来源于卵巢及肾上雄激素在外周组织转化为雌酮，雌酮对下丘脑形成不适当反馈，致使GnR分泌频率增加；下丘脑、垂体的自身功能异常，主要是多巴胺数量及活性相对不足，导致垂体分泌GnRH增多；高雄激素环境增加GnRH促垂体分泌LH的敏感性，表现为LH分泌明显增加。LH直接作用于卵泡膜细胞，通过增加细胞内直链裂解酶的活性，使卵泡膜细胞产生过多的雄激素。LH为糖蛋白激素，由α亚基和β亚基组成，β亚基具有特异性，使LH具有生物活性，在LHβ基因的第8及第9密码子中分别存在Trp→Arg和Ile→Thr突变，形成变异型(LH)(v-LH)，研究发现对照和PCOS患者中均存在LHβ基因突变，v-LH基因型和野生型LH(v-LH)妇女血清睾酮及雌二醇水平无差异，然而LH水平小于5mIU/ml的患者有更高的v-LH基因型。v-LH的地理分布方面亦存在很大差异，芬兰v-LH等位基因携带者的频率高，但肥胖型PCOSv-LH基因型频率比其他人群低5～7倍，在美国有相同的趋势，但英国研究结果相反。另一项研究发现肥胖和非肥胖妇女有相似的v-LH频率，v-LH在某些方面可防止肥胖妇女发展为症状性PCOS。
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3.3.2促卵泡激素(FSH)基因 FSH可直接刺激颗粒细胞的增殖和分化，诱导颗粒细胞FSH和LH受体合成，提高颗粒细胞对LH的反应性，以保持排卵前类固醇的合成和排卵黄体的形成，FSH与颗粒细胞表面受体结合后，激活芳香化酶，使更多的雄激素转化为雌激素，FSH还能刺激抑制素、激活素和IGF-I等的合成，这些多肽类物质在调节卵泡的选择方面起重要作用。PCOS患者合成过多的抑制素，选择性抑制垂体FSH释放。当LH升高时，FSH维持在相当于或低于卵泡早期的水平，使LH/FSH比值升高。FSH结构与LH相似，有α亚基和β亚基组成，β亚基具有生物活性。对恒河猴的研究发现，雄激素通过增强FSH的作用，影响卵泡的发育雌激素的生物合成，能部分解释PCOS患者对促性腺激素反应增强。运用单链构象多态和DNA测序法，发现FSHβ基因功能区没有无义突变，外显子3有碱基替换(密码子76，TAT→TAC)，结果发现FSHβ基因多态性与伴有高雄激素血症的肥胖型PCOS相关。
4、小结
家系分析显示多种遗传方式，该综合征一开始即表现为影响育龄妇女，且较难进行跨一代以上的分离研究，且男性表现型还没有被普遍接受，显示为遗传异质性。高浓度LH和高尝试胰岛素具有协同作用，起初引起颗粒细胞和间质细胞增生，导致高雄激素血症，而后者进一步导致卵泡萎缩，使颗粒细胞减少，雌激素和黄体分泌减少，而LH和胰岛素则刺激卵泡膜细胞增生，分泌过多雄激素，导致严重的高雄激素血症。通过对高雄激素血症和高胰岛素血症基因的分析结果，仍需大样本的研究及其他研究加以证实，但PCOS的病因不可能只涉及到一种基因，可能与环境因素相关联的少数几个关键基因起作用，对候选基因的糖尿病及心血管领域有同样的重要性。, 百拇医药