王凯娟，陈蓓丽，朱琦，曹云霞，章志国

早发性卵巢功能不全（premature ovarian insufficiency，POI）也称卵巢早衰（premature ovarian failure，POF），是指女性在40岁以前出现卵巢功能减退，主要表现为月经异常（闭经、月经稀发或频发）、促性腺激素水平升高[卵泡刺激素（FSH）＞25 U/L]、雌激素水平波动性下降，而POF为该病的终末阶段[1]。POI在一般人群的发病率为3.7%[2]。其致病因素包括环境因素、自身免疫因素、医源性因素、遗传因素等，遗传因素一直是该病的研究热点，但目前尚未发现确切的致病基因。近年来，随着高通量全外显子测序技术的发展，一系列与减数分裂及DNA损伤修复相关的基因被认为与POI的发生有关[3]，现就这一遗传学研究的新进展进行综述。

1 与减数分裂发生有关的遗传变异

卵子的发生始于原始生殖细胞（primordial germ cell，PGC）的形成。PGC到达原始性腺后进行有丝分裂，在胚胎发育第5周发生减数分裂，原始卵母细胞形成。卵原细胞在进入减数分裂前，伴随着遗传物质的复制和组装。随着基因表达水平的变化，减数分裂启动，经过第一次减数分裂前期的配对、联会、重组和后期同源染色体的分离以及第二次减数分裂过程，单倍体配子形成。减数分裂过程中任何环节基因表达异常，都可能导致生殖细胞的发生及成熟障碍，从而引起POI。

1.1 WDR62（WD repeat domain 62）基因该基因位于19q13.12，在大脑皮层发育中起作用，其突变主要与小脑畸形[4]、皮质畸形和认知障碍有关。但近年发现，WDR62与POI患者的减数分裂启动异常有关，有研究表明WDR62蛋白在小鼠卵母细胞减数分裂过程中主要参与染色体共定位[5]。Zhou等[6]发现Wdr62基因敲除小鼠的生殖细胞数量显著减少，生育能力低下。基因敲除小鼠中Oct4、Nanog、Sox2和Stella等基因与对照组相比表达水平明显增加，Stra8、Sycp3、γH2ax等明显减少，这表明WDR62基因与减数分裂启动有关。Zhou等[6]在2例散发原发性闭经POI患者中分别发现新型杂合子突变c.G1796A,p.C599Y和c.3203_3206del,P.T1068fs。随后的功能实验表明，携带任一种突变的小鼠Star8启动子均较野生型激活显著减少，提示这两种突变对调节Star8表达起显性负效应，并可能通过使Star8基因失活影响减数分裂的启动。

1.2 PUM1（pumilio RNA binding family member 1）基因该基因位于染色体1p35.2，与PUM2基因均属于PUF家族的转录后调节因子[7]。PUM1蛋白属于RNA结合蛋白超家族，通过P53通路参与维持生殖细胞稳定性，胚胎发生、细胞发育和分化的翻译调控[8]。Mak等[9]在敲除Pum1小鼠中发现，联会复合体的降解受到干扰，从而导致卵母细胞由粗线期到终变期发生阻滞和原始卵泡池的耗竭，最终导致突变小鼠较野生型小鼠更早表现出不育，这与人类的POI表型相似。Luo等[10]对196例非综合征原发性卵巢功能不全患者进行筛查，未发现致病基因变异。

1.3 STAG3（stromal antigen 3）基因该基因位于染色体7q22.1，其从酵母菌到人高度保守，且在卵巢组织和睾丸组织中特异表达。STAG3在减数分裂过程中通过参与调节姐妹染色单体的连接，维持正常的纺锤体装配、正确的染色体排列和正确的着丝点-微管连接，因此对染色体配对和分离至关重要。Stag3敲除小鼠模型显示，卵母细胞阻滞在减数分裂Ⅰ期，雌鼠表现为卵母细胞和卵泡缺乏，卵巢发育不全。França等[11]在一个巴西POI患者发现一复合杂合致病突变，c.291dupC,p.Asn98Glnfs*2。Heddar等[12]在对患有非综合征POI的高加索姐妹进行外显子测序，发现她们均携带同种复合杂合突变（c.3052delC,p.Arg1018Aspfs*14;c.659T＞G,p.Leu220Arg）。2019年，Xiao等[13]对一个近亲婚配POI家系筛查发现，两姐妹均携带两种新型的纯合突变（c.877_885del,p.293_295del;c.891_893duptga,p.297_298insAsp），而她们的父母均携带这两种突变的杂合子。STAG3基因突变的POI患者均表现为原发性闭经，且性腺器官发育不良，STAG3基因上发生的纯合突变或者双等位基因杂合突变均可导致POI产生，提示该基因符合隐性遗传致病模式。

1.4 SYCE1（synaptonemal complex central element protein 1）基因位于染色体10q26.3上。减数分裂过程中同源染色体的联会是发生交叉和生殖细胞产生的必要条件，而SYCE1是联会复合体的主要组成成分。在联会复合体形成的过程中，SYCE1与其他减数分裂特异性蛋白（如SYCE2、SYCE3、TEX12）、横向纤维和侧向元件等共同作用，完成联会复合体的装配与降解。联会复合体与同源染色体的重组相关，当联会复合体装配被扰乱，同源染色体重组也将发生错误[14]。SYCE1敲除小鼠模型显示卵母细胞减数分裂停滞，卵巢体积小，卵泡耗竭，雌鼠不孕[14-15]。人类大量遗传学研究显示SYCE1基因的微缺失和纯合突变与POI发生有关，SYCE1基因单倍体剂量不足效应可能引起月经周期停止，导致POF的发生[16]。

1.5 HFM1（helicase for meiosis 1）基因位于染色体1p22.2，主要在性腺组织中表达。该基因编码ATP依赖的DNA解旋酶同系物，是染色体同源重组所必需的减数分裂特异性蛋白。Hfm1-/-小鼠因减数分裂Ⅰ期阻滞或染色体分离受阻而不育，雌鼠卵巢小，基质细胞增多，卵泡和黄体减少，表现出与POI女性相似的临床征象。Zhe等[16]在69例散发POI患者发现了一种复合杂合突变（c.2206G＞A,p.Gly736Ser；c.3929_3930delinsG,p.Pro1310Argfs*41）。最近有研究报道，POI患者携带HFM1的杂合错义突变（c.3470G＞A），该突变导致mRNA的剪接发生异常[17]，未携带该突变的妹妹表型正常，但患有POI的母亲和姐姐均有正常的月经来潮，并有分娩或妊娠史。这些发现提示HFM1可能在遗传水平上是引起POI的致病因素，并可能通过隐性遗传的方式来调控性状，但这种性状可能存在个体表达的差异或不完全外显性。

1.6 SYCP2L（synaptonemal complex protein 2 like）基因位于染色体6p24.2，是联会复合体SYCP2蛋白的衍生物，在睾丸、卵巢及各级卵泡细胞中表达[18]。小鼠功能实验中，SYCP2L出现在卵母细胞联会复合体双线期的晚期，同源染色体逐步分离，SYCP2L与这一变化可能存在某种联系。SYCP2L-/-小鼠的卵母细胞数量减少，生育力降低。近期在2例近亲家系中分别发现纯合缺失突变（c.150_151del,p.Ser52Profs*7）和纯合错义突变（c.999A＞G,p.Ile333Met）[19]。人类SYCP2L基因与伴随着衰老而出现的自然绝经密切相关[18]。

2 与DNA损伤修复有关的突变

在生物体生长发育的过程中，经常会受到各种内外因素的影响，如电离辐射、紫外线等，这些形形色色的因素会造成不同的DNA损伤，可分为DNA单链断裂或双链断裂、碱基错配、碱基和脱氧核糖的损伤及DNA链的共价交联等。伴随着DNA的损伤，DNA损伤的修复同时存在。直接修复、切除修复、错配修复和重组修复等多种形式参与DNA损伤修复，尤其是重组修复中的同源重组在减数分裂和胚胎细胞修复中发挥重要作用。目前研究认为，同源染色体在减数分裂前期的互相识别、配对、联会和重组以及后期的分裂依赖于程序性的DNA双链断裂的产生和同源重组修复。如果DNA损伤修复过程发生异常，也会影响卵子的发生发育，从而引起POI。

2.1 MCM8 （minichromosome maintenance 8 homologous recombination repair factor）基因该基因位于20号染色体p13-p12.3。MCM8属于进化保守的MCMs蛋白家族，不仅参与复制前复合体（prereplication complex，Pre-RC）的组装，也可以通过与MCM9形成二聚体参与减数分裂时期的同源重组和DNA修复。MCM8不仅涉及参与DNA复制过程，还是生殖细胞存活的新型调节因子，可快速被诱导和募集到DNA损伤位点，与MCM9相互协同调节其稳定性，促进RAD51募集到单链DNA，对稳定与保护DNA起重要作用。Mcm8-/-小鼠体细胞出现染色体的不稳定性增加和生长缺陷，生殖细胞减少，性腺体积明显减小并且生育力低下[20]。2020年，分别在中国汉族和土耳其人中发现纯合突变（c.351_354 delAAAG;c.925C＞T,p.R309*）[21-22]。目前研究表明，POI家系中MCM8基因突变主要是隐性纯合的致病模式，而在散发性患者中仅发现杂合突变，并且不是复合杂合突变，这两种遗传现象的差异仍需进一步研究。

2.2 MSH5（mutS homolog 5）基因位于6p21.33，MSH5蛋白是MutSγ蛋白家族的成员，参与多种DNA损伤修复过程，特别是纠正DNA复制过程中的碱基错配。MSH5与MSH4，形成MutS γ异二聚体。MSH4-5异二聚体可能形成一种滑动夹结构，在减数分裂前期Ⅰ时通过识别Holliday连接点参与同源重组修复。Msh5-/-雌鼠显示染色体配对障碍，减数分裂前期Ⅰ阶段发生停滞，卵母细胞数量衰减，小鼠表现不育。患有POI的姐妹两人中MSH5基因发现纯合突变（c.1459G＞T,p.D487Y），父母均为携带者，功能学研究显示过表达该突变的人骨肉瘤细胞内DNA断裂增多，HeLa细胞增殖能力减退[23]。MSH5不仅对卵母细胞减数分裂的同源染色体配对起重要作用，还可能通过影响颗粒细胞有丝分裂过程中同源重组修复的过程，加速卵泡的衰竭[23]。

2.3 HELQ（helicase，POLQ like）基因该基因位于4q21.23，编码一种ATP依赖的DNA解旋酶，其通过与RAD51同系物的结合参与修复DNA链间交联。Adelman等[24]发现Helq缺陷小鼠表现生育能力低下和生殖细胞耗损。Stolk等[25]研究发现HELQ基因参与DNA链间交联修复，并首次发现其与人类绝经年龄有关。但在POI人群研究中，并未发现该基因的致病突变，可能该基因与中国汉族妇女POF的发生无关[26]。因此，未来有必要对不同种族的POI人群扩大样本量进一步进行研究，以明确HELQ在POI发生中的作用。

2.4 FAM175A （abraxas 1，BRCA1 A complex subunit）基因该基因位于4q21.23上，编码一种含有螺旋结构域的DNA修复蛋白，可以通过其磷酸化的SXXF结构域直接与BRCA1蛋白羧基末端相互作用，并通过将BRCA1定位于DNA损伤灶，从而促进BRCA1依赖的DNA损伤修复反应。Stolk等[25]研究发现FAM175A基因与人类自然绝经年龄相关。Xu等[27]在2例POI患者中发现该基因罕见的单核苷酸多态性（rs755187051）；功能实验表明，突变体与野生型细胞对丝裂霉素诱导的损伤具有相似的敏感性，并且它们的DNA修复能力和G2-M检查点激活均无差异。目前该基因导致POI发生的证据不足。

2.5 FANCA（FA complementation group A）基因位于16q24.3。FANCA蛋白是具有E3连接酶活性的FA核心复合物的成员之一，诱导FANCI/FANCD2复合物的泛素化，协调FANC蛋白进行DNA链间交联的修复，从而参与受损的DNA修复[28]。Yang等[29]在50例POI汉族女性中检测出FANCA的两种杂合突变（c.1772G＞A,p.R591Q;c.3887A＞G,p.E1296G），并且携带其中任一杂合突变的小鼠窦前卵泡、初级卵泡和次级卵泡数均比野生型小鼠显著减少，而闭锁卵泡相应增加。近些年人们对FA基因在范可尼贫血（Fanconi anemia，FA）中进行了深入研究，发现其致病与DNA链间交联修复紧密相关，且FA患者常常表现出POI的特征。FANCA基因杂合突变导致POI的关系符合孟德尔显性遗传的特点，但因其临床报道及研究甚少，其产生的具体机制是否与DNA链间交联及其修复损伤有关仍需进一步探讨。

2.6 CSB-PGBD3 基因该基因为CSB 基因和PGBD3基因融合而成。PGBD3基因位于10q11.23，该基因来自piggyBac转座子的一个小基因家族，编码的蛋白含一转座子衍生蛋白，推测可能起转录调节作用。狨猴的PGBD3转座子整合到CSB基因中，通过选择性剪接作用得到CSB-PGBD3融合蛋白，这种作用机制在随后的灵长类动物中沿袭下来。Qin等[30]在非近亲家系及432例散发POI患者进行遗传学筛查发现三种突变，一种是CSB和PGBD3基因的融合基因突变（c.2237G＞A,p.G746D），另两种分别为PGBD3基因错义突变（c.3166G＞A,p.V1056I）和CSB基因无义突变（c.643G＞T,p.E215X），这是首次在POI患者中发现CSB-PGBD3基因突变。这三种突变导致CSB-PGBD3融合蛋白在DNA损伤位点的募集延迟或不发生募集。携带突变的患者均表现为继发性闭经，而突变类型均为杂合突变，提示该融合基因的突变与基因单倍体剂量不足有关。

2.7 EXO1（exonuclease 1）基因该基因位于染色体1q43上，编码一种多功能核酸酶。EXO1是人DNA错配修复系统中唯一的核酸外切酶，属于RAD2/XPG家族。EXO1具有5′-3′和3′-5′的核酸外切酶活性，在DNA发生双链断裂时，EXO1蛋白结合DNA，从5′端方向对DSBs的单链进行剪切，并激活同源重组通路，从而进行DNA损伤修复。基因敲除小鼠减数分裂过程发生缺陷，生育力低下。但中国学者Su等[31]对186例患有非综合征的POI汉族女性进行筛查时，未发现该基因存在可疑变异。

2.8 BRCA基因该基因分为BRCA1和BRCA2，分别位于染色体17q21.31、13q13.1上。BRCA1/2基因是重要的抑癌基因，编码的蛋白主要分布于乳腺细胞，参与DNA双链断裂的损伤修复。DNA双链断裂发生后，BRCA2与RAD51相结合，并在寻找同源染色体和DNA链入侵阶段起作用。现已知BRCA1/2基因与乳腺癌、卵巢癌的发生有密切的联系，且乳腺癌、卵巢癌的病人患有卵巢功能减退及POI的风险增加。研究者发现携带BRCA1/2基因突变的癌症患者成熟卵母细胞数量较少[32-33]，但另一些研究的结果却相反，BRCA1/2基因突变未引起显著的卵母细胞数改变[34]。2019年Miao等[35]发现POI患者的BRCA2基因表达水平低下，敲除小鼠模型的卵巢体积小、质量轻、卵子质量差、卵母细胞发育停滞，生育力低下。同年Porcu等[36]表示携带BRCA1突变的乳腺癌患者患有POI的可能性增加。在上述这些研究中，关于BRCA1和BRCA2基因与POI发病的相关性存在着相互矛盾的结果，因此需要进行更多的功能实验来阐明BRCA1和BRCA2基因与该疾病的关系。

3 结语与展望

POI是由微效基因共同作用所导致的疾病，到目前为止，引起POI的单基因突变发生率非常低，而且致病基因及变异呈现高度异质性。近些年，随着全外显子组和全基因组测序技术的发展，越来越多的研究发现参与减数分裂及DNA损伤修复的多种基因异常与POI的发生存在着密切联系。减数分裂是一个十分复杂的过程，涉及到同源重组及DNA损伤修复的一些关键基因被证明参与卵子的发生及成熟过程，进而参与POI的发病，但近期发现的这些变异多存在双基因性或者寡聚性，而非既往所认知的单基因致病理论。未来更重要的是如何识别和确认真正与人类POI患者发病有关的突变及其致病机制，人类同源基因的基因敲除或突变动物模型将有助于这一目的的实现。