哺乳動(dòng)物性別決定基因

哺乳動(dòng)物性別決定摘要：哺乳動(dòng)物性別有染色體基因型決定，與哺乳動(dòng)物性別有關(guān)染色體有兩條:X、Y。然而，從胚胎到胎兒出生這一過程性染色體是怎么調(diào)控性別分化的呢？本文對(duì)此給以綜述。關(guān)鍵詞：哺乳動(dòng)物，性別決定，性別分化，基因從精子與卵子結(jié)合那一刻起性別就已經(jīng)確定，但是從受精卵到一個(gè)完整的個(gè)體勢(shì)必又是一個(gè)復(fù)雜的過程。這一過程可分為兩個(gè)階段：第1階段，由基因決定原始性腺發(fā)育為辜丸抑或是卵巢，稱之為性別決定；第2階段，在辜丸和卵巢產(chǎn)生的不同激素作用下最終形成男性和女性的表現(xiàn)型［1］。雖然哺乳動(dòng)物的第二性征可能會(huì)受到內(nèi)、外環(huán)境的影響，但是基因型一旦確定性腺也就確定。胚胎期的性別發(fā)生受到多個(gè)基因的調(diào)控（Sry、Sox9、Dmrtl、Wt1、Mis、Sf-1、Dax1、Sox3、Wnt4等），這些基因主要位于性染色體上，也有些位于常染色體上。隨著研究的深入，性別決定的真相離我們逐漸清晰。1，性別決定物質(zhì)基礎(chǔ)發(fā)展歷程［2,1］在1955年關(guān)于雄性特異性組織相容性抗原（MaleSpecificMinorHisrocompatibility-YAntigen，簡(jiǎn)稱H-Y抗原）的發(fā)現(xiàn)，引起了關(guān)于H-Y抗原對(duì)精子選擇的廣泛研究，認(rèn)為H-Y抗原是主要的睪丸引發(fā)物，此假說流行了10多年。后來發(fā)現(xiàn)具睪丸的小鼠中缺乏H-Y抗原而被推翻。目前，利用H-Y抗血清或單抗來篩選精子及鑒定胚胎性別。1959年Jacab。等提出決定雄性性別的因素存在于具有3-4萬個(gè)堿基對(duì)的Y染色體上，引起科學(xué)家們從Y染色體上尋找性別決定基因的廣泛興趣。1986年，Page等用135例人的Y染色體特異DNA探針去鑒定，發(fā)現(xiàn)該片段約140bp位于Y染色體短臂接近假染色體的區(qū)域，它與X-Y配對(duì)交換區(qū)域相鄰。1987年，Page等對(duì)此作了進(jìn)一步的研究，最后將TDF定位于142區(qū)，它含有一個(gè)能編碼與DNA很好結(jié)合的轉(zhuǎn)錄調(diào)控子，即一個(gè)含有鋅指結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)（Zinc-finger-conntainingProtein），又稱為鋅指Y（ZFY）基因［Ls）。但后來在有袋動(dòng)物和胎盤哺乳動(dòng)物都發(fā)現(xiàn)有X連鎖的ZFX或ZFX基因的存在，該結(jié)論也被否定。1989年，Palmer等發(fā)現(xiàn)14例XX雄性或間性患者均為ZFY陰性，并發(fā)現(xiàn)其中4例在X染色體上有一個(gè)Y片段，該片段約為60kb，位于1441區(qū)。1990年英國(guó)學(xué)者Sinclair等（1990）發(fā)現(xiàn)哺乳動(dòng)物（包括人類）Y染色體短臂上

靠近長(zhǎng)染色體區(qū)的35k1）區(qū)域存在性別決定區(qū)，隨后通過對(duì)SRY基因序列和編碼產(chǎn)物的分析，確定了Y染色體上的SRY基因?yàn)楣纪铔Q定因子的主要候選基因。1991年Koopman等將含有SRY的14kbY染色體片段顯微注射到雌性小鼠胚胎中結(jié)果雌鼠發(fā)育成雄性，從而證明了SRY為哺乳動(dòng)物的性別決定基區(qū)。目前的研究認(rèn)為，哺乳動(dòng)物的性別決定主要由Y染色體上的性別決定基因SRY調(diào)控，同時(shí)，還存在著一些其他基因涉及性別決定系統(tǒng)，如常染色體基因Sox9，Wt1，Sf1，Mis以及X染色體上的Dax1基因，性別決定與分化是一個(gè)多基因互作的級(jí)聯(lián)過程。性別決定分子機(jī)制哺乳動(dòng)物性別分化，起始于中腎附近泌尿生殖崎里的雙向分化潛能性腺細(xì)胞。在性別分化中Sry基因起到睪丸決定因子的重要作用，將結(jié)合下圖說一下性別分化的分子機(jī)制。雙向分化潛能性腺細(xì)胞

->泌尿生殖崎SrySox9Sf1DmrtlAmh/MisDax1Sox3Wnt45s還原酶雙向分化潛能性腺細(xì)胞

->泌尿生殖崎SrySox9Sf1DmrtlAmh/MisDax1Sox3Wnt45s還原酶雄性外生殖器ledig—睪酮雙氫睪酮-管：陰莖，前“什前-抗mullulian管激素使其退化，列腺等促iftwalffian管發(fā)育成附睪、輸精管、儲(chǔ)精囊thecafollicolmullulian發(fā)育成雌激素一子宮、輸卵管、子宮頸、上陰道七哺乳動(dòng)物雙向分化潛能性腺。雙向分化潛能性腺來源于中腎附近的泌尿生殖崎。性腺中存在4種細(xì)胞系：生殖細(xì)胞、產(chǎn)類固醇細(xì)胞（雄性為leydig細(xì)胞，雌性為theca細(xì)胞）、支持細(xì)胞（雄性為sertoli細(xì)胞，雌性為follieol細(xì)胞）和相關(guān)組織細(xì)胞，性別決定在原始性腺中的體細(xì)胞sertoli細(xì)胞中自發(fā)地發(fā)生；哺育動(dòng)物性別未分化的胚胎有兩組生殖導(dǎo)管，一對(duì)中腎管（或Walffianduct）和一對(duì)副中腎管（或Mullerianduct）。哺乳動(dòng)物的性別決定指生殖腺發(fā)育為睪丸或卵巢的選擇，Sry基因的表達(dá)使支持細(xì)胞前體分化為Sertoli細(xì)胞，這些細(xì)胞分泌抗Mullulia激素使其管退化，使Walfflian發(fā)育成附睪、輸精管、貯精囊；Leydig細(xì)胞分泌睪酮在5o-還原酶作用下形成雙輕睪酮，對(duì)外生殖器的雄性化極其重要，這樣原生殖細(xì)胞才能經(jīng)過有絲分裂和減數(shù)分裂形成精子。卵巢的發(fā)育則是生殖細(xì)胞先進(jìn)入減數(shù)分裂時(shí)期，隨后卵泡細(xì)胞分化并在卵母細(xì)胞周圍聚集，類固醇生成細(xì)胞體系生成內(nèi)膜細(xì)胞。由此可見，睪丸的發(fā)育依賴Sry基因；精子形成取決于雄性化環(huán)境的建立，而卵巢則依賴生殖細(xì)胞。性別分化的調(diào)控Sry基因是Y染色體上的性別決定基因，是睪丸決定因子的遺傳基礎(chǔ).在胚胎發(fā)育早期決定性腺。人的SRY基因有啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄的功能.在胚胎睪丸組織細(xì)胞系中表達(dá)，激活下游的114bp啟動(dòng)子，進(jìn)而使下游Mullulian抑制物基因（Mullerianinhibitingsubstance,MIS）表達(dá)，導(dǎo)致抗牟勒氏管激素（AMH）分泌，從而抑制牟勒氏管發(fā)育，同時(shí)Sry基因作用間質(zhì)細(xì)胞，使之分泌睪酮產(chǎn)生雄性結(jié)構(gòu)；而在雌性中由于缺少Sry基因，則導(dǎo)致X染色體短臂上劑量敏感性反轉(zhuǎn)基因（dosagesensitivesexreversal,DDS）轉(zhuǎn)錄，促進(jìn)卵巢發(fā)育進(jìn)而中腎管退化。Sry基因只在睪丸組織中表達(dá)，而在卵巢、腎中都不表達(dá)；在小鼠成體睪丸中的轉(zhuǎn)錄本是以一種莖環(huán)狀RNA分子，不能被翻譯，這表明Sry基因在成體睪丸中可能沒有功能，說明它的功能實(shí)現(xiàn)時(shí)間是在性分化以前發(fā)生⑶。Sox9蛋白可與AMH的啟動(dòng)子結(jié)合，促進(jìn)AMH的表達(dá)翻譯抗牟勒氏激素。Sox9蛋白和Sry蛋白具有相似的功能，即使在Sry基因缺失的情況下，Sox9仍能誘發(fā)雄性分化，并且它的存在能夠保證雄性的正常發(fā)育；Sox9的表達(dá)受到X染色體上的Sox3的抑制，這種機(jī)制作用可被Sry的表達(dá)解除。LovellBadge研究發(fā)現(xiàn)Sry直接作用于Sox9，以保證其上游調(diào)控，Sox9是Sry的下游重要的性別決定基因。威爾姆氏腫瘤抑制基因（Wt1）在尿殖管道發(fā)育的早期即開始表達(dá)，在腎和性腺中均有特定表達(dá)形式。雄性Wt1基因剔除小鼠缺乏性腺并出現(xiàn)雌性的表型，同時(shí)，研究發(fā)現(xiàn)Sry的啟動(dòng)子包含有Wt1基因的識(shí)別位點(diǎn)，表明Wt1與早期性腺發(fā)育有關(guān)，Wt-1直接激活Sry的表達(dá)囹。類固醇生成因子1（Sf1）在人類性腺分化前在男性性腺的體細(xì)胞中表達(dá)，定位于核內(nèi)。Schmahl等研究發(fā)現(xiàn)，小鼠Sf1最初在未分化性腺中廣泛表達(dá)，而僅在Sry基因表達(dá)之前限制在Sertoli細(xì)胞前體中。Sfl在睪丸Sertoli細(xì)胞中通過協(xié)助Sox9而增強(qiáng)Amh基因的表達(dá)；而在睪丸的Ledig細(xì)胞中，它可激活睪丸酮合成酶基因，Sox9和Sfl共同激活A(yù)mh基因的表達(dá)囹?？鼓怖帐瞎芗に鼗颍ˋmh），Amh基因也被稱為牟勒氏體抑制基因（Mis）。研究發(fā)現(xiàn)在Amh基因啟動(dòng)子上游有Sox9蛋白和Sfl的結(jié)合序列，并且Sfl能與Wtl蛋白協(xié)同促進(jìn)AMH的表達(dá)，使其轉(zhuǎn)錄水平增加，Sfl上與mhH基因結(jié)合的位點(diǎn)突變，使Amh表達(dá)量減少，而Sox9上的結(jié)合位點(diǎn)突變將會(huì)使其表達(dá)完全消失。AMH蛋白主要功能是使Mullulian管退化，阻止雌性生殖道的發(fā)育。Daxl基因是X染色體上的潛在的卵巢決定基因，正常情況下此基因?yàn)镾RY所抑制，但當(dāng)它有2個(gè)重復(fù)的活性拷貝時(shí)，可導(dǎo)致Sry正常的XY個(gè)體發(fā)育成女性，人們推測(cè)這一區(qū)域含劑量敏感性逆轉(zhuǎn)基因。它通過抑制Sfl和Wtl在性別分化中起協(xié)同作用，阻比雙向分化潛能的生殖峭向雄性分化。Sox3是Sry相關(guān)基因，人類Sox3定位于Xq27，小鼠的Sox3定位于X染色體最保守區(qū)段。已發(fā)現(xiàn)的Sox中，X染色體上的Sox3與Sry基因相似性最高，因此認(rèn)為Sry與Sox3可能來源于一個(gè)共同的祖先基因［5］。Sox3在胚胎的中樞神經(jīng)發(fā)育和未分化的性腺起作用。Wnt4基因是常染色體上潛在的卵巢決定基因，在體內(nèi)各組織中的表達(dá)豐度差異較大，該基因最初表達(dá)于腎小管間充質(zhì)及未分化的性腺中，但經(jīng)過性別特異的分化后，在雄性性腺中Wnt4表達(dá)下降，Wnt4的缺失對(duì)雄性動(dòng)物的睪丸發(fā)育是不受影響的，而在雌性性腺中一旦缺失Wnt4信號(hào)，其結(jié)構(gòu)和功能上都呈現(xiàn)一定的雄性化特征。Tordan等發(fā)現(xiàn)1例XY女性患者的1p31-p35區(qū)域中包含Wnt4基因的重復(fù)片段，Wnt4的過量表達(dá)使的Daxl上調(diào)，致使XY的男性具有了女性的表現(xiàn)。目前認(rèn)為，Wnt4可以抑制雄性性分化，抑制雌勝性腺的雄激素的合成。2006年杜克大學(xué)醫(yī)學(xué)中心研究人員發(fā)現(xiàn)兩種特殊的基因Wnt4和Fgf9在哺乳動(dòng)物性腺的最初發(fā)育階段（即在性腺被指派去發(fā)育成雄性的睪丸或雌性的卵巢之前）中的表達(dá)是保持平衡，Sry通過觸發(fā)Sox9基因的表達(dá)來完成這性別決定，Sox9能夠活化Fgf9基因，從而抑制Wnt4并啟動(dòng)一個(gè)導(dǎo)致發(fā)育成睪丸的級(jí)聯(lián)事件。如果XY小鼠缺失了Fgf9基因，那么它們就會(huì)形成卵巢，而XX小鼠失去了Wnt4就會(huì)形成不完整的睪丸。小結(jié)性別分化是一個(gè)很復(fù)雜的多水平，多通路的調(diào)控。我們雖然確定了的Sry睪丸決定因子作用，但性別的決定仍受到其他基因的調(diào)控，僅哺乳動(dòng)物的性別分化就已經(jīng)這么復(fù)雜，何況還有其他更多科目的動(dòng)物。通過以上我們可以發(fā)現(xiàn)，一個(gè)基因或一個(gè)因子是無法達(dá)到性別決定的，我們還有很多方面需要繼續(xù)探索。參考文獻(xiàn)[1]王麗云，呂善潮，王金玉.哺乳動(dòng)物性別決定機(jī)理研究進(jìn)展.中國(guó)畜牧獸醫(yī)[J].2006,33(10)