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1、-40- 第26 卷第1 期Vol.26,No.1 2006年1月Jan.2006 生 殖 与 避 孕 Reproduction BPES; 颗粒细胞; 卵泡发育 中图分类号: R711.6 文献标识码: A 文章编号: 0253-357X(2006)01-0040-04 通讯作者: 曲中玉; Tel:+86-531-7039341; E-mail: FOXL2（winged helix /forkhead transcription factor gene 2）是新近发现的一种在眼睑、胚胎及 成体卵巢颗粒细胞中特异性表达的转录因子，属翼 状螺旋叉头转录因子超家族成员。翼状螺旋叉 头转录因子
2、家族(winged helix /forkhead transcription factor)是转录调节核蛋白, 在内胚层发育及随后的内 胚层来源的器官形成中起着关键性的调控作用，其 基因突变与发育性疾病和肿瘤形成有关。FOXL2 参与脊椎动物雌性性腺早期发育与分化，对卵巢发 育和维持卵巢功能具有重要作用。其基因突变可致 睑裂狭小、上睑下垂、倒转型内眦赘皮综合征 (blepharophimosis-ptosis-epicanthus inversus syndrome, BPES)(MIM110100)，临床表现为眼睑发 育不全和卵巢早衰。 1 FOXL2基因结构 人类FOXL2的基因定位在染
3、色体3q23上,2001 年由 Crisponio等1据 BPES 患者 3 号染色体易位点 （t3;7）处基因,采用重叠 BAC 和 PAC 构建物理图 谱，然后直接测序、酶切、Southern blotting、5- RACE(rapid amplification of cDNA ends)-PCR,最后经 BPES 家系突变分析证实从而克隆得到 FOXL2 cDNA。FOXL2 为单外显子基因(Gene Bank AF301906), 全长 2.7 kb, 比较基因序列分析 FOXL2 高度保守, 编码 376 个氨基酸(AAK01352), 无翻译 后加工修饰，哺乳动物氨基酸同源性为
4、 96%。 FOXL2 属翼状螺旋叉头转录因子家族，由 于该家族成员都含由100个氨基酸组成的翼状螺旋 序列且与果蝇头部的基因叉结构相似而得名。 FOXL2核蛋白包含N-末端区、 DNA结合区(winged helix/forkhead 结构区)、多聚丙氨酸区、C- 末端 区。DNA结合区又称叉头结构区, 含100个氨基酸, 由 2 个翼状结构、3 个 alpha- 螺旋、3 个 beta- 折 叠组成。DNA 结合区通过 alpha- 螺旋识别靶基因 DNA 双螺旋大沟上碱基序列并发生相互作用，通 过翼状结构与靶基因 DNA双螺旋小沟结合。多聚 丙氨酸区由 14 个丙氨酸构成，丙氨酸数目在哺
5、育 动物高度保守，其确切的作用尚不清楚，可能通 过空间位置效应或蛋白 - 蛋白的相互作用抑制转 录。N- 末端区氨基酸在不同物种序列不同，其序 列变异与生物进化有关2。 -41- 2 FOXL2在组织中的表达 FOXL2 在人类及哺乳动物卵泡发育过程中具 有共同的表达模式。在眼睑、胚胎及成体卵巢颗 粒细胞特异性表达。FOXL2 是目前发现的哺乳动 物卵巢发育中最早的标志性启动基因，在雌性哺 乳动物未分化性腺开始表达。Cocquet 等3采用免 疫组织化学方法发现人类 FOXL2 在性别分化决定 前的生殖嵴细胞系开始表达，至胎儿 10 周龄表达 强度基本不变。在此阶段, 性腺在形态学上无明显 的
6、结构形成，至胎儿22-29周时卵泡细胞高度表达 FOXL2, 同时间质细胞亦有表达, 持续至胎儿 40 周 龄, 出生后至成人卵巢颗粒细胞仍高表达 FOXL2。 但也有不同的报道， Kelly等4采用原位杂交技术发 现小鼠 FOXL2 不仅在体细胞表达，在卵巢发育过 程中的干细胞和卵母细胞亦有表达，并且在小鼠 胚胎睾丸组织也检测到了微弱的杂交信号；而禽 类鸡和爬行类乌龟仅在雌性卵巢组织检测到FOXL2 的表达。FOXL2 在禽类的表达最早见雌性胚胎性 腺髓质，出生后主要在生长卵泡的颗粒细胞表 达，成年后膜细胞呈低表达，成熟卵母细胞 FOXL2 呈高水平转录5。De等6通过RT-PCR发现 FO
7、XL2 在罗非鱼的脑、垂体、腮和卵巢皆有表 达，卵巢的表达水平最高，此表达模式提示 FOXL2可能参与鱼类脑-垂体-卵巢轴的功能调节。 3 FOXL2的生物学功能 FOXL2 是人类早期卵巢生成分化过程中重要 的调控因子，通过转录调节作用调节其目的靶基 因的转录、蛋白表达，参与颗粒细胞增殖分化， 对于正常的卵泡发育、女性的生殖有重要意义。 3.1 性别决定和分化的标记 性别决定是指决定未分化性腺向精巢方向发 育,还是向卵巢方向发育的过程。而性别分化则是 指建立功能型性别、性别二态型和次级性征的所 有形态和生理变化。哺乳类性别决定是多种转录 因子和生长因子相继表达和相互调控的结果。 雌性性别决定
8、并非是缺少 SRY 基因的被动过 程, 而是被特异的基因调节控制的主动过程。 FOXL2是目前发现的脊椎动物卵巢决定和分化的最 早的标志性启动基因, 在性别决定前的生殖嵴开始 表达。FOXL2在雌性可以影响胚胎的雌化, 作用类 似于卵泡抑制素、Fig-alpha 和 Wnt47。Kelly 等4 研究发现在小鼠性别决定后FOXL2表达立即上调， 促进卵巢分化; FOXL2 在鸡参与性别决定，位于芳 香化酶的上游，但不是主要的决定因子，主要对 禽类卵巢分化进行调节; FOXL2 在乌龟整个性别决 定阶段都呈强表达，可能参与爬行类动物性别决 定。Ottolenghi 等8认为在女性性腺分化阶段，
9、FOXL2抑制男性基因激活的信号通路,是卵巢分化必 须的细胞因子。动物实验发现 FOXL2 基因缺陷染 色体为 XX 的小鼠，其卵母细胞停滞在减数分裂前 期，同时睾丸体细胞生成被激活。 3.2 对卵泡发育的影响 卵泡在发育过程中结构形态发生一系列变化， 一般分为 4 个阶段：原始卵泡(始基卵泡)、窦前卵 泡(初级卵泡)、窦腔卵泡(次级卵泡)、成熟卵泡 (Graafian 卵泡)。原始卵泡发育成窦前卵泡的过程 是非激素依赖性，由卵巢自身调节；窦卵泡和成 熟卵泡主要受 FSH 和 LH 的调节，雌、孕激素等 在卵泡成熟过程中也发挥一定作用。目前发现颗粒 细胞分泌的 FOXL2，以自分泌的方式调节颗
10、粒的 增殖分化，维持体内卵泡处于静止状态，是卵泡 发育所必须的细胞因子。 Schmidt 等9研究发现 FOXL2 纯合子突变小 鼠，卵巢颗粒细胞在形态学上不能完成由鳞状到柱 状的转变，颗粒细胞有丝分裂停滞，次级卵泡缺 乏，生长的卵母细胞逐渐闭锁; 出生后 2-8 周检测 不到增殖的颗粒细胞; 8 周时已检测不到原始卵泡， 原始卵泡池耗竭; 至16周卵巢内无任何正常的卵母 细胞和卵泡。由于缺乏功能性的颗粒细胞，导致 卵母细胞闭锁，生长卵泡渐进性耗竭。同时在 FOXL2 纯合子突变小鼠，卵巢颗粒细胞分泌的激 活素A(ACT-A)和抗苗勒氏管抑制激素(AMH)表达 减少,甚至无表达, 但所有的卵泡
11、都开始表达 GDF9; ACT-A 和 AMH 都属原始卵泡募集抑制因子; 而 GDF9 属原始卵泡激活因子，说明在此阶段已经启 动了原始卵泡形成，ACT-A 和 AMH 的缺乏加速 了原始卵泡池的耗竭。由此可见, FOXL2 对体内生 长卵泡维持在静止期至关重要。FOXL2 可能通过 调节颗粒细胞增殖分化 参与卵泡生长发育。 Dagmar10据 FOXL2 基因突变后“卵泡生理性闭 锁”加速, 推测 FOXL2 可能具有抗卵泡凋亡作用。 3.3 调节基因表达 细胞核转录因子是信号联级调节基因转录的最 -42- 后环节,作为翼状螺旋叉头转录因子, FOXL2通过 多种多样的调控机制激活或抑制不
12、同靶基因的转录, 目前对 FOXL2 转录调控的下游基因知之甚少。 Pisarska等11通过共转染研究发现FOXL2抑制 类固醇激素合成急性调节蛋白(StAR)基因启动子的 活性, StAR蛋白在类固醇合成过程中负责胆固醇由 线粒体外膜向内膜的转运， 是类固醇激素合成的关 键步骤。FOXL2 在类固醇激素合成快速调节基因 (StAR)转录起始点上游 95 bp 处与之结合，抑制 StAR 转录与蛋白的合成，从而抑制颗粒细胞孕酮 的合成。Ellsworth 等12研究发现促性腺释放激素 GnRH受体(GnRH-R)启动子的激活由三个转录因子 FOXL2、smad3 和 AP-1 相互作用共同参
13、与，促进 垂体GnRH-R的表达。在鸟类性分化阶段，FOXL2 与芳香化酶表达在时空上高度相关， 皆在雌性胚胎 性腺髓质表达，推测 FOXL2 可能参与芳香化酶的 转录调节5; Hudson等13发现芳香化酶抑制剂可降低 FOXL2 的表达，但不能取消其表达，可能因雌激 素正反馈作用所致。 4 FOXL2与卵巢早衰 卵巢早衰 (premature ovarian failure, POF) 是指 40 岁之前绝经,伴有高促性腺激素 (FSH 40 IU/ L) 及低性腺激素血症。POF 的发病约占妇女群体的 1，POF 可能是一种潜在的多基因遗传病，与 X 染色体异常、X- 连锁基因突变、常染
14、色体基因异 常有关。 Crisponi等1研究发现FOXL2突变可导致睑裂 狭小、倒转型内眦赘皮和上睑下垂综合征(BPES)。 BPES 分为两型，BPES I 除眼睑发育异常，还与 女性不孕、卵巢早衰、原发闭经、子宫发育不良 有关; BPES II 只与眼睑缺损有关。 BPES I型患者FOXL2突变产物是一种无功能 的截断蛋白, 由于突变致FOXL2蛋白在叉头区或聚 丙氨酸区前截断, 产生的截断蛋白叉头区完全或不完 全缺失; BPES II 患者 FOXL2 突变产物是一延长蛋 白，多由聚丙氨酸区的丙氨酸扩增产生。FOXL2 突变产生的截断蛋白致原始卵泡形成后的卵母细胞 周围的体细胞不能生
15、长增殖，次级卵泡缺乏14。 Elfride 等15对 53 名 BPES患者的 FOXL2 基因突变 患者进行了检测, 发现了21种突变和1个微缺失, 其 中 47为框移突变, 34为无框移而其中大部分导 致聚丙氨酸区的扩大, 15为无义突变, 6为错义 突变, 分析显示聚丙氨酸区的扩大可致型BEPS, 而 突变产物为在聚丙区前有截断的蛋白质者发生 POF 的危险高。部分突变不是发生在编码区, 可能是通 过位置效应影响蛋白表达。Beysen 等16研究发现 BPES患者 FOXL2 基因突变占70, 尚有部分突变 在FOXL2基因上游，提示FOXL2基因表达亦受远 距离调控。关于突变类型与所致
16、病类型仍很难预 测。目前一些学者正在对 FOXL2 在无 BPES 的特 发性卵巢早衰患者的突变情况进行研究。 Baere等17 对70例特发性卵巢早衰患者开放读码框架测序发现 7 处突变,其中在 738 (GGGGCTCTTCGGGGCC)基 因处的致病突变与Crisponi等1报道的在同一位置。 Harris等18对70例卵巢早衰患者FOXL2基因分析发 现1个30bp的新缺失(A221-A230氨基酸缺失), 4个 单核苷酸替代, 其中1个为新发现的替代(A258由酪 氨酸突变为天门冬氨酸)。 Bodega等19对120例表型 正常的卵巢早衰患者的 FOXL2 编码区直接测序,结 果24
17、0条染色体上FOXL2基因编码区无一突变,说明 FOXL2 编码区与无症候群的卵巢早衰相关性极少。 5 FOXL2的信号传导通路 FOXL2 作用的靶基因及信号传导通路尚不清 楚。 翼状螺旋叉头类转录因子信号传导通路模式 认为FOXL2作为转录因子可能参与对TGF超家族 的成员的信号应答调节。FOXL2 通过与胞质内信 号转导分子 smads蛋白相互作用，从而调节靶基因 的转录表达29。 Harris等18认为FOXL2可能在TGF超家族信 号通路下游发挥重要作用。其间接证据是: 抑制素/ 激活素(ACT/INH)的亚单位B基因缺失小鼠眼睑发 育不全, 雌性生殖能力下降, 与 BPES患者表型
18、和缺 陷形成时间极为相似; INH 基因突变可以引起 POF。 FOXL2与smad3和AP-1相互作用激活GnRH- R 启动子，进而促进垂体 GnRH-R 的表达。而 GnRH-R数量的变化受雌激素、孕酮、睾酮、INH/ ACT、GnRH的调节。FOXL2基因缺失和GDF9基 因缺失小鼠卵泡皆停滞在初级卵泡阶段。 另一个叉 头转录因子 FAST-1 参与卵泡的早期发育。基于以 上研究我们推测:FOXL2 作为 GDF9、ACT、INH、 FAST等TGF超家族的成员的整合者参与卵巢功能 的调节; 但Kelly等4认为FOXL2在卵巢组织表达太 -43- 早, 不可能在 GDF9、ACT、I
19、NH 等 TGF 超家族 成员下游参与其信号转导，相反 FOXL2 可能调节 TGF 超家族的基因表达。FOXL2确切作用机制尚 待进一步研究。 6 FOXL2的未来展望 目前不孕症治疗中促排卵方案主要是应用促性 腺激素促进窦卵泡生长为主， 仍有一部分患者对促 性腺激素低反应，尤其是卵巢早衰(POF)的患者， 多数治疗方案均不能提高排卵率， 最终只能通过供 卵获得妊娠。FOXL2 是卵巢早衰的候选基因，对 于该基因的研究，有望进一步阐明 POF 的发病机 制，并为 POF 治疗提供新的途径。 总之, FOXL2是颗粒细胞分泌的重要细胞因子, 通过转录调节维持卵巢的发育和功能。FOXL2 表 达
20、调控因素，信号传导通路与卵巢内其他激素、 细胞因子的相互作用, FOXL2与卵巢早衰的关系将 是未来研究的重点。 参考文献： 1 Crisponi L, Deiana M, Loi A, et al. The putative forkhead transcription factor FOXL2 is mutated in blepharophimosis/ ptosis/epicanthus inversus syndrome. Nature Genetics, 2001, 27: 159-66. 2 Gajiwala KS & Burley SK. Winged helix protei
21、ns: Current Opinion in Structural. Biology, 2000, 10:110-6. 3 Cocquet J,Pailhoux F,Jaubert F, et al. Evolution and expression of FOXL2. J Med Genet, 2002, 39(9): 916-22. 4 Loffler KL, Zarkower D & Koopman P. Etiology of ovarian failure in blepharophimosis ptosis epicanthus inversus syndrome: FOXL2 i
22、s a conserved, early-acting gene in verte- brate ovarian development. Endocrinology, 2003, 144(7): 3 237-43. 5 Govoroun MS, Pannetier M, Pailhoux E, et al. Isolation of chicken homolog of the FOXL2 gene and comparison of its expression patterns with those of aromatase during ovarian development. Dev
23、 Dyn, 2004, 231(4):859-70. 6 Wang DS, Kobayashi T, Zhou LY, et al. Molecular cloning and gene expression of Foxl2 in the Nile tilapia, oreochromis niloticus. Biochem biophysi rese communications, 2004, 320 (1): 83-9. 7 Yao HH. The pathway to femaleness: current knowledge on embryonic development of
24、the ovary. Mol Cell Endocrinol, 2005, 230(1-2): 87-93. 8 Ottolenghi C, Omari S, Garcia-Ortiz JE, et al. Foxl2 is required for commitment to ovary differentiation. Hum Mol Genet, 2005, 14(14):2 053-62. 9 Schmidt D, Ovitt CE, Anlag K, et al. The murine winged-helix transcription factor Foxl2 is requir
25、ed for granulosa cell dif- ferentiation and ovary maintenance. Dev Disease, 2004, 131: 933-42. 10 Fhrer D. Lessons from studies of complex genetic disorders: identification of FOXL2 a novel transcription factor on the wing to fertility. Eur J Endocrinol, 2002, 146(1): 15-8. 11 Pisarska MD, Bae J, Kl
26、ein C, et al. Forkhead l2 is expressed in the ovary and represses the promoter activity of the ste- roidogenic acute regulatory gene. Endocrinology, 2004, 145 (7): 3 424-33. 12 Ellsworth S, Burns AT, Kenneth W, et al. The gonadotropin releasing hormone (GnRH) receptor activating sequence (GRAS) is a
27、 composite regulatory element that interacts with multiple classes of transcription factors including Smads, AP-1 and a forkhead DNA binding protein. Mol Cellul Endocrinol, 2003, 206: 93-111. 13 Hudson QJ, Smith CA & Sinclair AH. Aromatase inhibition reduces expression of FOXL2 in the embryonic chic
28、ken ovary. Dev Dyn, 2005, 233(3):1 052-5. 14 Uda M, Ottolenghi C, Crisponi L, et al. Foxl2 disruption causes mouse ovarian failure by pervasive blockage of fol- licle development. Hum Mol Genet, 2004, 13(11): 1 171-81. 15 Elfride DB,Eiane B,Christine O, et al. FOXL2 and BPES: mutational hotspot,phen
29、otypic variablility, and revision of the gene type phenotype correlation.Am Hum Genetics, 2003, 72(2): 478-88. 16 Beysen D, Raes J, Leroy BP, et al. Deletions involving long- range conserved nongenic sequences upstream and down- stream of FOXL2 as a novel disease-causing mechanism in blepharophimosi
30、s syndrome. Am J Hum Genet,2005,77(2): 205-18. 17 de Baere E, Lemercier B, Christin-Maitre S, et al. FOXL2 mutation screening in a large panel of POF patients and XX males. J Med Genet, 2002, 39(8):e43 . 18 Harris SE, Chand AL, Winship IM, et al. Identification of novel mutations in FOXL2 associated
31、 with premature ova- rian failure. Mol Hum Reprod, 2002, 8(8): 729-33. 19 Bodega B, Porta C, Crosignani PG, et al. Mutations in the coding region of the FOXL2 gene are not a major cause of idiopathic premature ovarian failure. Mol Hum Reprod, 2004, 10(8): 555-7. 20 Attisano L, Silvestri C, Izzi L, et al. The transcriptional role of Smads and FAST (FoxH1) in TGFbeta and activin signaling. Mol Cell Endocrinol,2001, 180(1-2):3-11. (2005 年7 月8 日 收稿)