杨丽华综述 桂耀庭审校

1. 金华市人民医院生殖中心（金华 321000）；2. 北京大学深圳医院男性生殖与遗传重点实验室

·综 述·

剂量敏感的性别反转先天性肾上腺发育不良基因DAX-1的研究现状

杨丽华1综述 桂耀庭2审校

1. 金华市人民医院生殖中心（金华 321000）；2. 北京大学深圳医院男性生殖与遗传重点实验室

下丘脑-垂体-肾上腺-性腺轴（HPAG轴）是人体重要的内分泌轴之一，轴上相关基因的功能引起了研究学者们的普遍关注，由于大多数基因表达异常可使青春期发育受损，随后由于下丘脑-垂体对性腺或其基因有重要促进作用的因子缺乏，最终引起生殖系统发育异常。剂量敏感的性别反转先天性肾上腺发育不良基因1（dosage-sensitive sex reversal, adrenal hypoplasia critical region, on chromosome X gene 1,DAX-1）即属于下丘脑-垂体-性腺轴上的基因，自1994年人类DAX-1基因克隆成功以来，越来越多的学者对DAX-1的功能、作用机制进行了研究，DAX-1作为一种转录因子对垂体促性腺细胞和肾上腺皮质的发育起非常重要的作用。

一、DAX-1基因及其蛋白结构

人类DAX-1基因位于X染色体 p21，结构简单，由两个外显子和一个内含子组成［1］，编码一个由470个氨基酸组成的蛋白质。外显子1编码蛋白的N端和2/3的C端结构域，外显子2编码余下的C端和3’非编码区。DAX-1蛋白是核受体家族的成员［2-4］。核受体家族蛋白均有一个特征性的结构，即包含有六个功能的结构域［5］，如图1A1A所示：N端的A/B区在基因序列和长度方面是变化最大的，该区具有一个激素依赖的转录激活区段，该区段具有通过结合核转录机制中的某些因子达到激活靶基因的目的；C区是蛋白中最保守的一个区，含有两个锌指结构，又被称为DNA结合区域（DNA-binding domain, DBD），该区能够结合特异性的DNA，以达到转录靶基因的目的；D区又被称为铰链区，该区的作用是给予DNA通过E区提供帮助，在有些情况下还会影响受体蛋白的DNA结合位点的结构；E区是第二保守区又名激素结合区（1igand-binding domain, LBD），是六个区中基因序列最长的区段，该区包含有另外一个激素依赖的转录激活区（1iganddependent activation function 2, AF-2），当不同的激素和其进行结合时，AF-2会呈现出不同的构像，并决定转录靶基因所需要结合的共激活因子和共抑制因子。DAX-1蛋白与家族蛋白特征性结构相差甚远［5,6］，如图1B1B所示：蛋白C端结构域与家族蛋白LBD同源，也含有AF-2转录激活区，但缺少A/B区、C区、D区，取而代之的是DAX-1蛋白独特的N端结构域，该段包含三个半由65～70个氨基酸组成的重复区。且与其他核受体不同，DAX-1无典型的锌指结构，依靠蛋白C端结合DNA发卡结构调控下游基因的表达［6］。

图1 DAX-1与核受体家族成员功能域结构比较

二、DAX-1在HPAG轴发育中的作用及功能

尽管DAX-1广泛表达于HPAG轴上各组织，且在体外实验证明DAX-1可作为辅助调节因子，在转录后水平发挥作用，但DAX-1在每个组织中的具体作用机制以及这些机制损伤后是如何引起先天性肾上腺发育不良（adrenal hypoplasia congenital, AHC）与低促性腺激素型性腺功能减退症（hypogonadotropic hypogonadism, HH）的发生尚不完全清楚。各种体内及体外实验表明DAX-1在整个HPAG轴可能发挥着多向性作用（图2）。

图2 DAX-1的多向性作用机制示意图

该基因主要在下丘脑、垂体、肾上腺以及性腺中表达，直接影响到类固醇激素的合成及相关器官发育。Zazopoulos等的研究表明，在小鼠肾上腺皮质瘤细胞中，过量表达的DAX-1蛋白通过发夹结构与类固醇激素灵敏调节蛋白（Steroidogenic acute regulatory protein, StAR）启动子区域的DNA单链结合，从而抑制类固醇激素的合成［6］。他们进一步实验证明，这种DAX-1介导的转录抑制作用发生在蛋白的C端结构域［7］。1997年，Ito等研究证明DAX-1可以抑制Ⅰ型类固醇生成因子（steroidogenic factor 1, SF1）的转录活性，他们通过研究DAX-1截短突变体的活性也证实了该抑制结构域位于蛋白的C端结构域［8］。此外，DAX-1也可通过蛋白-蛋白的直接相互作用起到抑制作用，如DAX-1可抑制雄激素受体（androgen receptor, AR）、雌激素受体（estrogen receptor, ER）、孕激素受体（progestrone receptor, PR）、肝受体类似物-1（liver receptor homolog-1, LRH-1）等［9-12］。

三、DAX-1的作用机制及其在疾病发生、发展中的意义

DAX-1蛋白作为一种转录因子对垂体促性腺细胞和肾上腺皮质的发育起非常重要的作用，已有研究证明AHC与HH的发病与DAX-1突变有关［13］。由于DAX-1基因位于Xp上的剂量敏感性性反转（dosage sensitive sex reversal, DSS）区，当DSS以双倍剂量存在于未失活的X染色体上时，会引起核型46 XY的男性出现女性特征。所以起初DAX-1被认为是卵巢决定基因，但是随后的条件敲除研究结果表明它在调节精子发生中起重要作用，敲除后的雄性小鼠表现为性腺机能减退、睾丸发育异常、生精障碍等［14］。

（一）DAX-1功能受损与性别决定及分化异常

1．性别决定：研究发现，核型46 XY染色体的男性在Xp21的160kb 区域（该区域包含DAX1基因）出现双拷贝时，患者出现性别反转，即男性女性化。因此，DAX-1一直被认为是在性腺发育过程中的一个抗睾丸或促卵巢因子［15］。在小鼠模型中，过表达DAX-1可削弱SRY基因的功能引起XY雄性小鼠性反转，也证明DAX-1确实是一个抗睾丸基因，能够拮抗SRY基因及雄性发育［16］。研究表明DAX-1可通过拮抗SF1与Wilms肿瘤基因1（Wilms’ tumor gene 1,WT1）或心肌转录调节因子GATA-4的转录协同作用从而抑制苗勒氏管抑制物基因（Mullerian inhibiting substance,MIS）的转录［17,18］。MIS抑制后可阻止缪氏管的退化。这些发现与DAX-1发挥的抑制作用相一致。

2．睾丸发育及功能：进一步研究DAX-1基因敲除的雄性小鼠发现，DAX-1是睾丸正常发育及睾丸功能正常发挥所必需的，这一研究貌似违背了之前提出的DAX-1是一个抗睾丸因子。研究发现，DAX-1敲除的雄性小鼠性腺机能减退、精子发生异常、生精上皮细胞退化，这些表现与HH患者下丘脑或垂体受损的症状不相吻合［19］。Meeks等［20］近来的研究发现DAX-1缺陷的XY雄鼠SRY功能减弱，出现雌鼠的表型，表明DAX-1是睾丸决定所必需的。在DAX-1敲除小鼠的Sertoli细胞和Leydig细胞中特异性表达DAX-1可恢复雄鼠的生育力及精子数量，说明DAX-1在精子发生过程中有重要的作用。有学者提出，胚胎时期Leydig细胞的发育即需要DAX-1和SF-1的协同作用［21］。MIS在成年睾丸中存在表达［22］，DAX-1可能参与MIS在青春期和成年期的表达调控。研究表明，DAX-1在大鼠Sertoli细胞中的表达受FSH激素水平的调节，进一步证明了在出生后水平DAX-1可以对精子发生产生影响［23］，且睾丸中DAX-1在精子发生中的作用与观察到的某些生精障碍的AHC/HH患者相一致［24］。

3．卵巢的发育及功能：目前，DAX-1对卵巢发育的影响尚不明确。在胚胎发育的各个时期均可在卵巢中检测到DAX-1的表达［25］，但DAX-1基因敲除后的雌性纯合小鼠，除有少许卵泡闭锁外，卵巢发育基本正常，表明DAX-1可能不是卵巢发育必需的［1］。有学者认为，DAX-1可能参与调控成熟卵巢类固醇激素的生成。由于DAX-1在卵泡的各个时期均有表达［25,26］，因此DAX-1可能调控卵泡发育各阶段特定基因表达。性激素的周期性变化归因于参与激素合成的关健酶的特异性时空定位，因此，DAX-1作为SF1或LRH-1介导的转录抑制因子可能参与这些关健酶的转录调控［27］。在卵泡发育的早期阶段，DAX-1可抑制SF1介导的类固醇合成酶的转录［27］，该观点已得到多数学者的认同。DAX-1也可抑制LRH-1介导的3βHSD2的转录［28］，同时也抑制了颗粒细胞芳香化酶的转录［29］。研究发现，DAX-1缺陷的雌鼠卵巢芳香化酶水平正常［30］，该现象可能是在卵泡发育过程中芳香化酶表达的一个瞬时反应或者卵巢中芳香化酶并不是DAX-1作用的靶点。

（二）DAX-1功能受损与AHC和HH的发病机制

AHC是一种少见疾患，发病率约为1/12 500，其遗传方式可以是常染色体隐性遗传，也可以是一种X染色体连锁遗传，X连锁AHC为DAX-1基因突变所致，在人群中发病率为1/（70 000～600 000）［31］。患者多在出生后几个月内发病，首先表现为盐皮质激素缺乏的症状，如脱水、低血压、恶心、厌食等，之后出现糖皮质激素缺乏表现，如低血糖、皮肤变黑等。然而，大量研究表明，DAX-1可抑制类固醇激素的生成，这种研究结果貌似与患者表型不一致。胎儿的肾上腺皮质在出生后不久即开始分化为球状带、束状带和网状带，DAX-1对这个时期的肾上腺皮质的分化起到十分重要的作用。AHC患者肾上腺较小且无功能，在肾上腺皮质发育的整个过程DAX-1均有表达，但其在肾上腺发育中的具体功能仍不清楚。DAX-1缺陷鼠与AHC患者的表型差异很大［19］，DAX-1缺陷鼠肾上腺发育正常，血清皮质酮水平正常，但肾上腺皮质X带（相当于人类原始带）在青春期退化不良，由此证明DAX-1可能与原始肾上腺退化有关。DAX-1缺陷鼠与AHC患者表型的差异可能由于物种差异或突变的DAX-1仅作为一个亚效等位基因。

HH是由于下丘脑促性腺激素释放激素或垂体促性腺激素分泌低下致青春期第二性征发育延迟，DAX-1也是其致病基因之一。绝大多数AHC患者到青春期表现出HH而无青春发育、青春晚发育或发育不完全是该病的特征之一。在AHC的迟发亚型，也就是肾上腺皮质功能不全出现的时间较晚或者较轻的患者中，HH可以是疾病的首发表现或是唯一的表现。AHC患者出现HH的原因是DAX-1蛋白也存在于垂体促性腺激素的细胞和下丘脑核团中，DAX-1基因突变可能通过SF1影响了下丘脑和垂体促性腺细胞的发育，但是具体的细节还不甚清楚。尽管HH患者表现为下丘脑和垂体功能缺陷，但DAX-1在下丘脑和垂体中的功能研究并不多［32］。DAX-1可抑制SF1介导的LHβ的转录［33］，其缺失可能会引起促性腺激素的上调。与AHC/HH患者相比，DAX-1缺陷鼠垂体大小与野生型无显著性差异，且促性腺激素水平正常，这一现象可能由于物种差异或缺陷鼠体内残存的DAX-1发挥功能［19］。DAX-1在成年下丘脑中也可负性调控促性腺激素的分泌。然而在整个发育过程中，DAX-1在下丘脑和垂体的作用机制仍然是个谜。

四、展望

目前，DAX-1基因至少发现有190种突变（http://www.hgmd.org/）。同时AHC/HH的临床表现各异，引发人们猜想是否不同的基因突变会导致不同的临床表现，基因型和表现型是否存在相关性？ 目前多数学者认为DAX-l基因的表达可能受到遗传和环境因素的联合影响。以往的研究一直认为，DAX-1只是SF1介导的类固醇生成及生殖发育相关基因转录过程的一个抑制因子，但DAX-1和SF1基因敲除后的小鼠有相似的表型，证明了DAX-1功能更为复杂。越来越多的研究证实，DAX-1可不依赖于SF1发挥抑制作用，这些功能研究使我们对DAX-1在生殖发育中的作用机制有一个新的认识。我们既往的实验表明DAX-1及AR确实存在相互作用［34］，但目前很多问题仍未解决，如为什么DAX-1突变会影响肾上腺及性腺细胞的发育；尽管DAX-1被公认为一个抑制因子，但其抑制机制尚未阐明；是否存在一种配体可以改变这种抑制作用，甚至诱导转录激活；最后，尽管X连锁的AHC为DAX-1基因突变所致，但常染色体隐性遗传的病因仍不清楚。

性逆转, 性腺；DAX-1基因；下丘脑-垂体系统；性腺功能减退症

1 Zanaria E, Muscatelli F, Bardoni B,et al.Nature1994；372（6507）: 635-641

2 Giguere V.Endocrinology1999；20（5）: 689-725

3 Swain A, Zanaria E, Hacker A,et al.Nat Genet1996；12（4）:404-409

4 Burris TP, Guo W, McCabe ER.Recent Prog Horm Res1996；51（2）: 241-260

5 Iyer AK, McCabe ER.Mol Genet Metab2004；83（1-2）: 60-73

6 Zazopoulos E, Lalli E, Stocco DMet al.Nature1997；390（6657）: 311-315

7 Lalli E, Bardoni B, Zazopoulos E,et al.Mol Endocrinol1997；11（13）: 1950-1960

8 Ito M, Yu R, Jameson JL.Mol Cell Biol1997；17（3）: 1476-1483

9 Suzuki T, Kasahara M, Yoshioka H,et al.Mol Cell Biol2003 ；23（1）:238-249

10 Holter E, Kotaja N, Makela S,et al.Mol Endocrinol2002；16（3）: 515-528

11 Zhang H, Thomsen JS, Johansson L,et al.J Biol Chem2000；275（51）: 39855-39859

12 Agoulnik IU, Krause WC, Bingman WE,et al.J Biol Chem2003；278（33）: 31136-31148

13 Habiby RL, Boepple P, Nachtiqall L,et al.J Clin Invest1996；98（4）:1055-1062

14 Yu RN, Ito M, Saunders TL,et al. Nat Genet1998；20（4）:353-357

15 Bardoni B, Zanaria E, Guioli S,et al.Nat Genet1994；（7）: 497-501

16 Swain A, Narvaez V, Burgoyne P,et al.Nature1998；391（6669）: 761-767

17 Nachtigal MW, Hirokawa Y, Enyeart-VanHouten DL,et al.Cell1998；93（3）: 445-454

18 Tremblay JJ, Viger RS.Biol Reprod2001；64（4）: 1191-1199

19 Yu RN, Ito M, Saunders TL,et al. Nat. Genet1998；20（4）: 353-357

20 Meeks JJ, Weiss J, Jameson JL.Nat Genet2003；34（1）: 32-33

21 Meeks JJ, JeVs B, Hammer GD,et al. Dax1 and Sf1 cooperatively regulate fetal Leydig cell steroidogenesis in vivo, in: Endocrine Society, 85th Annual Meeting, Oral Presentation, Philadelphia, PA, 2003

22 Rey R, Lukas-Croisier C, Lasala C,et al.Mol Cell Endocrinol2003；211（1-2）: 21-31

23 Tamai KT, Monaco L, Alastalo TP,et al.Mol Endocrinol1996；10（12）: 1561-1569

24 Mantovani G, Ozisik G, Achermann JC,et al. J Clin Endocrinol Metab2002；87（1）: 44-48

25 Ikeda Y, Takeda Y, Shikayama T,et al.Dev Dyn2001；220（4）: 363-376

26 Kawabe K, Shikayama T, Tsuboi H,et al. Mol Endocrinol1999；13（8）: 1267-1284

27 Sato Y, Suzuki T, Hidaka K,et al.J Clin Endocrinol Metab2003；88（7）: 3415-3420

28 Peng N, Kim JW, Rainey WE,et al.J Clin Endocrinol Metab2003；88（12）: 6020-6028

29 Hinshelwood MM, Mendelson CR. Dax-1 inhibits liver receptor homologue-1 （LRH-1）-induced CYP19（Aromatase） gene expression in the ovary, in: Endocrine Society, 85th Annual Meeting, Poster Presentation, Philadelphia, PA, 2003

30 Wang ZJ, Jeffs B, Ito M,et al.Proc Natl Acad Sci USA2001；98（14）: 7988-7993

31 Lin L, Gu WX, Ozisik G,el a1.J Clin Endocrinol Metab2006；91（8）: 3048-3054

32 Habiby RL, Boepple P, Nachtigall L,et al.J Clin Invest1996；98（4）: 1055-1062

33 Dorn C, Ou Q, Svaren J,et al.J Biol Chem1999；274（20）: 13870-13876

34 杨丽华, 李俞池, 王旭亮, 等. 中国男科学杂志 2014；28（2）: 7-10

（2015-12-30收稿）

10.3969/j.issn.1008-0848.2016.06.015

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