哺乳动物性别决定基因

哺乳动物性别决定摘要：哺乳动物性别有染色体基因型决定，与哺乳动物性别有关染色体有两条:X、Y。然而，从胚胎到胎儿出生这一过程性染色体是怎么调控性别分化的呢？本文对此给以综述。关键词：哺乳动物，性别决定，性别分化，基因从精子与卵子结合那一刻起性别就已经确定，但是从受精卵到一个完整的个体势必又是一个复杂的过程。这一过程可分为两个阶段：第1阶段，由基因决定原始性腺发育为辜丸抑或是卵巢，称之为性别决定；第2阶段，在辜丸和卵巢产生的不同激素作用下最终形成男性和女性的表现型［1］。虽然哺乳动物的第二性征可能会受到内、外环境的影响，但是基因型一旦确定性腺也就确定。胚胎期的性别发生受到多个基因的调控（Sry、Sox9、Dmrtl、Wt1、Mis、Sf-1、Dax1、Sox3、Wnt4等），这些基因主要位于性染色体上，也有些位于常染色体上。随着研究的深入，性别决定的真相离我们逐渐清晰。1，性别决定物质基础发展历程［2,1］在1955年关于雄性特异性组织相容性抗原（MaleSpecificMinorHisrocompatibility-YAntigen，简称H-Y抗原）的发现，引起了关于H-Y抗原对精子选择的广泛研究，认为H-Y抗原是主要的睾丸引发物，此假说流行了10多年。后来发现具睾丸的小鼠中缺乏H-Y抗原而被推翻。目前，利用H-Y抗血清或单抗来筛选精子及鉴定胚胎性别。1959年Jacab。等提出决定雄性性别的因素存在于具有3-4万个碱基对的Y染色体上，引起科学家们从Y染色体上寻找性别决定基因的广泛兴趣。1986年，Page等用135例人的Y染色体特异DNA探针去鉴定，发现该片段约140bp位于Y染色体短臂接近假染色体的区域，它与X-Y配对交换区域相邻。1987年，Page等对此作了进一步的研究，最后将TDF定位于142区，它含有一个能编码与DNA很好结合的转录调控子，即一个含有锌指结构的蛋白质（Zinc-finger-conntainingProtein），又称为锌指Y（ZFY）基因［Ls）。但后来在有袋动物和胎盘哺乳动物都发现有X连锁的ZFX或ZFX基因的存在，该结论也被否定。1989年，Palmer等发现14例XX雄性或间性患者均为ZFY阴性，并发现其中4例在X染色体上有一个Y片段，该片段约为60kb，位于1441区。1990年英国学者Sinclair等（1990）发现哺乳动物（包括人类）Y染色体短臂上

靠近长染色体区的35k1）区域存在性别决定区，随后通过对SRY基因序列和编码产物的分析，确定了Y染色体上的SRY基因为辜丸决定因子的主要候选基因。1991年Koopman等将含有SRY的14kbY染色体片段显微注射到雌性小鼠胚胎中结果雌鼠发育成雄性，从而证明了SRY为哺乳动物的性别决定基区。目前的研究认为，哺乳动物的性别决定主要由Y染色体上的性别决定基因SRY调控，同时，还存在着一些其他基因涉及性别决定系统，如常染色体基因Sox9，Wt1，Sf1，Mis以及X染色体上的Dax1基因，性别决定与分化是一个多基因互作的级联过程。性别决定分子机制哺乳动物性别分化，起始于中肾附近泌尿生殖崎里的双向分化潜能性腺细胞。在性别分化中Sry基因起到睾丸决定因子的重要作用，将结合下图说一下性别分化的分子机制。双向分化潜能性腺细胞

->泌尿生殖崎SrySox9Sf1DmrtlAmh/MisDax1Sox3Wnt45s还原酶双向分化潜能性腺细胞

->泌尿生殖崎SrySox9Sf1DmrtlAmh/MisDax1Sox3Wnt45s还原酶雄性外生殖器ledig—睾酮双氢睾酮-管：阴茎，前“什前-抗mullulian管激素使其退化，列腺等促iftwalffian管发育成附睾、输精管、储精囊thecafollicolmullulian发育成雌激素一子宫、输卵管、子宫颈、上阴道七哺乳动物双向分化潜能性腺。双向分化潜能性腺来源于中肾附近的泌尿生殖崎。性腺中存在4种细胞系：生殖细胞、产类固醇细胞（雄性为leydig细胞，雌性为theca细胞）、支持细胞（雄性为sertoli细胞，雌性为follieol细胞）和相关组织细胞，性别决定在原始性腺中的体细胞sertoli细胞中自发地发生；哺育动物性别未分化的胚胎有两组生殖导管，一对中肾管（或Walffianduct）和一对副中肾管（或Mullerianduct）。哺乳动物的性别决定指生殖腺发育为睾丸或卵巢的选择，Sry基因的表达使支持细胞前体分化为Sertoli细胞，这些细胞分泌抗Mullulia激素使其管退化，使Walfflian发育成附睾、输精管、贮精囊；Leydig细胞分泌睾酮在5o-还原酶作用下形成双轻睾酮，对外生殖器的雄性化极其重要，这样原生殖细胞才能经过有丝分裂和减数分裂形成精子。卵巢的发育则是生殖细胞先进入减数分裂时期，随后卵泡细胞分化并在卵母细胞周围聚集，类固醇生成细胞体系生成内膜细胞。由此可见，睾丸的发育依赖Sry基因；精子形成取决于雄性化环境的建立，而卵巢则依赖生殖细胞。性别分化的调控Sry基因是Y染色体上的性别决定基因，是睾丸决定因子的遗传基础.在胚胎发育早期决定性腺。人的SRY基因有启动转录的功能.在胚胎睾丸组织细胞系中表达，激活下游的114bp启动子，进而使下游Mullulian抑制物基因（Mullerianinhibitingsubstance,MIS）表达，导致抗牟勒氏管激素（AMH）分泌，从而抑制牟勒氏管发育，同时Sry基因作用间质细胞，使之分泌睾酮产生雄性结构；而在雌性中由于缺少Sry基因，则导致X染色体短臂上剂量敏感性反转基因（dosagesensitivesexreversal,DDS）转录，促进卵巢发育进而中肾管退化。Sry基因只在睾丸组织中表达，而在卵巢、肾中都不表达；在小鼠成体睾丸中的转录本是以一种茎环状RNA分子，不能被翻译，这表明Sry基因在成体睾丸中可能没有功能，说明它的功能实现时间是在性分化以前发生⑶。Sox9蛋白可与AMH的启动子结合，促进AMH的表达翻译抗牟勒氏激素。Sox9蛋白和Sry蛋白具有相似的功能，即使在Sry基因缺失的情况下，Sox9仍能诱发雄性分化，并且它的存在能够保证雄性的正常发育；Sox9的表达受到X染色体上的Sox3的抑制，这种机制作用可被Sry的表达解除。LovellBadge研究发现Sry直接作用于Sox9，以保证其上游调控，Sox9是Sry的下游重要的性别决定基因。威尔姆氏肿瘤抑制基因（Wt1）在尿殖管道发育的早期即开始表达，在肾和性腺中均有特定表达形式。雄性Wt1基因剔除小鼠缺乏性腺并出现雌性的表型，同时，研究发现Sry的启动子包含有Wt1基因的识别位点，表明Wt1与早期性腺发育有关，Wt-1直接激活Sry的表达囹。类固醇生成因子1（Sf1）在人类性腺分化前在男性性腺的体细胞中表达，定位于核内。Schmahl等研究发现，小鼠Sf1最初在未分化性腺中广泛表达，而仅在Sry基因表达之前限制在Sertoli细胞前体中。Sfl在睾丸Sertoli细胞中通过协助Sox9而增强Amh基因的表达；而在睾丸的Ledig细胞中，它可激活睾丸酮合成酶基因，Sox9和Sfl共同激活Amh基因的表达囹。抗牟勒氏管激素基因（Amh），Amh基因也被称为牟勒氏体抑制基因（Mis）。研究发现在Amh基因启动子上游有Sox9蛋白和Sfl的结合序列，并且Sfl能与Wtl蛋白协同促进AMH的表达，使其转录水平增加，Sfl上与mhH基因结合的位点突变，使Amh表达量减少，而Sox9上的结合位点突变将会使其表达完全消失。AMH蛋白主要功能是使Mullulian管退化，阻止雌性生殖道的发育。Daxl基因是X染色体上的潜在的卵巢决定基因，正常情况下此基因为SRY所抑制，但当它有2个重复的活性拷贝时，可导致Sry正常的XY个体发育成女性，人们推测这一区域含剂量敏感性逆转基因。它通过抑制Sfl和Wtl在性别分化中起协同作用，阻比双向分化潜能的生殖峭向雄性分化。Sox3是Sry相关基因，人类Sox3定位于Xq27，小鼠的Sox3定位于X染色体最保守区段。已发现的Sox中，X染色体上的Sox3与Sry基因相似性最高，因此认为Sry与Sox3可能来源于一个共同的祖先基因［5］。Sox3在胚胎的中枢神经发育和未分化的性腺起作用。Wnt4基因是常染色体上潜在的卵巢决定基因，在体内各组织中的表达丰度差异较大，该基因最初表达于肾小管间充质及未分化的性腺中，但经过性别特异的分化后，在雄性性腺中Wnt4表达下降，Wnt4的缺失对雄性动物的睾丸发育是不受影响的，而在雌性性腺中一旦缺失Wnt4信号，其结构和功能上都呈现一定的雄性化特征。Tordan等发现1例XY女性患者的1p31-p35区域中包含Wnt4基因的重复片段，Wnt4的过量表达使的Daxl上调，致使XY的男性具有了女性的表现。目前认为，Wnt4可以抑制雄性性分化，抑制雌胜性腺的雄激素的合成。2006年杜克大学医学中心研究人员发现两种特殊的基因Wnt4和Fgf9在哺乳动物性腺的最初发育阶段（即在性腺被指派去发育成雄性的睾丸或雌性的卵巢之前）中的表达是保持平衡，Sry通过触发Sox9基因的表达来完成这性别决定，Sox9能够活化Fgf9基因，从而抑制Wnt4并启动一个导致发育成睾丸的级联事件。如果XY小鼠缺失了Fgf9基因，那么它们就会形成卵巢，而XX小鼠失去了Wnt4就会形成不完整的睾丸。小结性别分化是一个很复杂的多水平，多通路的调控。我们虽然确定了的Sry睾丸决定因子作用，但性别的决定仍受到其他基因的调控，仅哺乳动物的性别分化就已经这么复杂，何况还有其他更多科目的动物。通过以上我们可以发现，一个基因或一个因子是无法达到性别决定的，我们还有很多方面需要继续探索。参考文献[1]王丽云，吕善潮，王金玉.哺乳动物性别决定机理研究进展.中国畜牧兽医[J].2006,33(10)