FOXL2基因

FOXL2基因位於細胞核內，是一個2.7kb的單外顯子基因，位於3q23（3號染色體2區3帶）區域，包含一個特有的101個胺基酸的forkhead DNA結構域（位置在第54～148殘基區域）和一個與此分離但功能尚未闡明的多聚丙氨酸肽段(n=14)。

這個藏在人類體內的“變性基因”，可以讓人類保持性別特徵，但如果它出現異常，女性身體則有可能長出男性的睪丸及鬍子。 這一發現推翻了人類的性別與生俱來傳統思維。

基本介紹

• 中文名：FOXL2基因
• 位於：細胞核內
• 分類：單外顯子基因
• 別稱：變性基因

定位克隆

1993年Fryns等在一個具有BPES典型症狀的6歲男孩中發現存在3號染色體長臂缺失，從而首先將BPES基因定位在3q22.3～q23區域。之後，一系列家系連鎖分析也將BPES基因定位於3q22～3q23這一區域。但是還有少數報導將BPES基因定位於其他位點，如7p13～p21、3p25、7q34等，說明BPES可能具有遺傳異質性。2001年Crisponi首先用STS製作了與BPES連鎖的多態性微衛星標記的YAC圖譜,定位克隆了該基因,並證明FOXL2為BPES的候選基因。研究表明，人和小鼠的FOXL2基因胺基酸一致性>95%。FOXL2基因的表達與胚胎眼瞼的發育是一致的，相關小鼠的基因表達研究表明FOXL2特異表達於卵巢組織，在視杯周圍的間質表達,在發育的眼瞼突出的嵴上表達最高,在晶狀體纖維中也有低水平的表達。其局部表達的缺失可導致雙眼瞼的發育異常,就像BPES患者的臨床表現一樣。隨後,一些研究者通過對人以及魚、鼠、山羊等的研究進一步證明FOXL2基因涉及發育進程多樣性，在哺乳動物早期眼瞼發育間質和成熟卵巢的濾泡細胞中FOXL2基因均有顯著表達，提示其參與眼瞼的早期發育並有助於卵巢濾泡細胞的發育和維持。

英國遺傳學家洛弗爾·巴格是這起試驗

此外，FOXL2是第一個被認定在維持卵巢功能方面發揮重要作用的人類常染色體基因，也是在脊椎動物中最早被發現的卵巢分化的性別二態性標記。Govoroun 等克隆了雞FOXL2基因的開放讀碼框（cFOXL2），提出FOXL2在鳥類中是一種卵巢發育的早期控制因子。Schmidt等進一步證實鼠類中的FOXL2基因對卵巢的維持和顆粒細胞分化是必需的。Loffler等測試了FOXL2基因在鼠、雞和紅耳龜胚胎卵巢中的表達，提出FOXL2是脊椎動物卵巢發育中的一種高度保守的早期調控因子，並認為BPES的卵巢功能異常可能是由於胎兒期卵巢發育的早期調控異常引起的，而不是出生後或者成人卵巢早熟後發生的退化。

突變研究

很多研究者對BPES家系或者散發病例的FOXL2基因突變進行了研究。De Baere等通過對FOXL2基因編碼區突變產生預期蛋白進行分類的研究初步推測BPES基因型表型相互關係，研究表明FOXL2基因存在兩個突變熱點：30%的FOXL2突變導致多聚丙氨酸擴增，13%為新的框架外複製。他們進一步提出：突變導致聚丙氨酸擴增與Ⅱ型有關，而突變導致編碼蛋白質在聚丙氨酸區前有截斷的則發生Ⅰ型的可能性高。而那些包含有完整的聚丙氨酸肽段和Forkhead的突變,蛋白無論是截短的還是延長的，都可導致兩型小瞼裂綜合徵,其功能還不能準確預測。Crisponi等也發現類似結果，說明小瞼裂綜合徵患者FOXL2突變基因與其表型有一定的對應關係。Yamada等對一日本家系的3個患者進行直接的基因序列分析，發現FOXL2基因的1092～1108之間的17個鹼基缺失，而在對照的100名正常人中未發現缺失，因此認為，FOXL2基因的17個鹼基缺失可能與日本人BPES的發病有關。

Ramirez?Castro等對哥倫比亞的一個BPESⅠ型家系和兩個Ⅱ型家系進行研究，連鎖分析和單體型分析表明這些家系的BPES與3q23連鎖，對這些家系的FOXL2基因進行突變篩查：Ⅰ型家系中存在1個缺失forkhead結合域的394c?>T無義突變，兩個Ⅱ型家系都攜帶可導致聚丙氨酸延長的框內30bp的重複，這個重複是在FOXL2基因突變中最常見的並可能與DNA區域的二級結構有關。Cha等對韓國的BPES患者的FOXL2基因進行的突變分析表明，在其研究的9個BPES家系中的5例和7個散發病例中的3例存在FOXL2基因突變。在研究的4個家系的8個患者及1個散發的病例中發現存在框內30bp的重複。在另一個BPES家系的患者中發現存在14kb的缺失（939～952dcl14），這個缺失會導致從G235W處發生移碼，並且使其編碼的蛋白質延長至527個胺基酸。

此外，在1例散發病例中發現存在1個異常的845C?>A的顛換而導致的無義突變。一個散發病例攜帶17bp的重複（1080～1096dup17）。 Kumar等[23]對印度的一個連續傳遞五代的BPES家系進行DNA測序研究，發現其BPES表型是由於一個新的錯義突變881A?>G（Y215C）而產生的。錯義突變可以產生無效等位基因，其表型的產生可能是由於單倍劑量不足。另外，錯義突變的基因也可能是通過顯性負效應而出現的BPES表型。這個錯義突變發生在forkhead區域的側面和富含丙氨酸區域。導致BPES表現的突變多發生在編碼序列，並直接影響蛋白質的結構和功能。Vincent等報導了1例同時患有BPES（散發病例）和雙側Ⅰ型杜安綜合徵的18mo的女嬰，對FOXL2的突變分析顯示在其多聚核苷酸區發現一個30核苷酸的重疊(c.672(?)701dup30)。BPES和杜安綜合徵的並存代表了一種新的表型，暗示了FOXL2基因在發育過程作用可能有更加多效的影響。Raile等[25]對一個患有BPES伴隨巨大卵巢囊腫和卵巢功能障礙的16歲女孩進行檢測，發現了FOXL2基因的一個新的雜合突變，在一個等位基因上檢測到一個框內突變(904～939dup36)，這個突變引起多聚核苷酸區出現一個12丙氨酸的延長，並認為這個突變不僅與瞼裂狹小和上瞼下垂有關，而且也和卵巢功能不全和巨大黃體囊腫相關。LeonMateos等對一個BPES I型女性患者及其父親的檢測中，在FOXL2基因檢出重複突變1092～1108dup17。

在中國，李武修等對包括26個患者的兩個BPES Ⅱ型家系，一個連續傳遞四代的BPES Ⅰ型家系，3個散發病例和兩個未明類型的傳遞了兩代的BPES家系進行研究，在兩個患者中發現了一種新的突變951～953（delC），這個缺失將導致forkhead區域下游的第238個外顯子之後發生移碼突變，從而產生縮短的蛋白質產物。齊艷華等[28]選取染色體3q區域5個微衛星位點進行家系連鎖分析，套用聚合酶鏈反應(PCR)和DNA測序技術對提示連鎖的染色體區域內候選基因FOXL2進行突變篩查發現, 2例散發患者有909～938dup30重複突變，1例散發患者有1041～1042insC移碼突變,但兩個家系中未發現突變。Tang等在2個BPES II型家系和一例散發病例中發現一個引起多聚核苷酸區的延長的新突變(g.901～930dup30)，另外，在兩個不能確定分型的病人中發現一個新突變g.952delC。並且在12名來自BPES I型家系的患者中檢測到了新的突變g.892C>T (p.Q219X)。然而，在其他三個家系和三個散發病例中未能檢測到突變。因此推測，部分BPES患者的遺傳缺陷可能代表一種基因劑量變化或者FOXL2轉錄區外的基因重排。Wang等在6個BPES家系中檢測出4個FOXL2基因突變，即c.241T>C, c.650C>G, c.804dupC和c.672～701dup。其中，新發現的c.241T>C和c.650C>G能引起編碼蛋白的錯義改變（分別引起p.Tyr81His和p.Ser217Cys改變）。重複突變c.672～701dup (p.Ala224～Ala234dup)在三個家系均檢測到，說明它可能是一個突變熱點。但是有些BPES家系和散發病例中沒有檢測到FOXL2基因的突變。這可能是由於基因的表達不僅需要正常的編碼序列同時也需要調控區域的作用。Crisponi等報導了在距離FOXL2基因5’端轉錄起始點171kb處的平衡易位斷點會導致BPES，此外他們還在3號染色體上進行了500kb範圍的序列分析以尋找FOXL2的遠程調控序列，通過人類和山羊基因組DNA與染色體畸變分析發現另一種基因MRPS22的外顯子6，11和12都可能與FOXL2的調控有關，它們的突變可能影響FOXL2的轉錄，從而引起BPES的表型。Qian等對一個包含13名患者的中國BPES大家系進行突變分析，直接測序的結果表明該家系中的患者FOXL2基因在3’端UTR存在一種新的插入突變（nt2293～2294insT）,這是首次報導的與BPES相關的3’UTR突變。Beysen等報導了在BPES家族和散發病例中發現的在FOXL2基因以外的一個新的微小缺失，另外位於FOXL2基因上游230kb以外還存在帶有126kb重複的4個鹼基重排。此外，在缺失重疊最短區域（shortest region of deletion overlap,SRO）還包含著一些保守的含有轉錄因子結合點的非遺傳序列，這表示可能存在潛在的順式調控單位來調控FOXL2基因的表達。在另一個BPES家系中，Beysen等在FOXL2基因下游發現了一個大約188kb的微缺失。兩個患病的同父異母姐妹的父親並未受累，暗示胚的鑲嵌性；通過位於缺失區的3個單核苷酸多肽進行定量分析，顯示大約10%的父本生殖細胞和5%的軀體外周血淋巴細胞攜帶這種突變。以上研究表明，在一些沒有找到突變的BPES家系中可能存在基因的調控序列的異常。

導致疾病

先天性瞼裂狹小綜合徵（blepharophimosis?ptosis?epicanthus inversus syndrome, BPES）是一種罕見的常染色顯性遺傳病。BPES分為兩型，研究表明FOXL2基因是BPES的致病基因，在BPESⅠ型和Ⅱ型患者中均存在FOXL2基因突變。中外許多研究者對BPES家系或者散發病例的FOXL2基因突變進行了研究。

貝蒂的懷孕照曾經轟動一時

臨床上以瞼裂狹小，上瞼下垂，逆向內眥贅皮，內眥遠距為主要徵象。偶有散發病例。部分患者伴有智力低下，生長遲緩，心房或室間隔缺損等。Von Ammon於1841年最先描述此病，並指出有遺傳性。BPES分為兩型：Ⅰ型，由父親傳代,女性患者因卵巢功能早衰（premature ovarian failure，POF）而不育，男性生育功能正常。外顯完全，外顯率為100%，女性患者有不孕症，原發閉經和提前絕經，小子宮及卵巢萎縮。Ⅱ型，父親、母親傳代機會均等，男女患者均只累計眼部而可以生育，不完全外顯，外顯率約為96.5%。

套用

男女有別

這項研究論文曾在《細胞》雜誌上正式公開發表，挑戰了人們關於性別單純取決於X、Y染色體的觀念，因為研究中指出左右性別發展的單一基因FOXL2存在於男女都有的非性別染色體上。該發現也顯示，性別可能比先前認為的還容易操縱。

該論文的共同撰稿人、英國國家醫學研究院遺傳學家洛弗爾·巴格說，該研究挑戰了人們將維持與生俱來的性別視為理所當然的教條。“我們總是認為，我們的性別與生俱來，男性長出睪丸，女性長出卵巢是理所當然的。但這次研究顯示，成人卵巢之所以不會變成睪丸，全賴基因FOXL2。

動物試驗

研究人員發現，當雌鼠體內的這種名為FOXL2的基因被關閉後，它們的卵巢就開始變成睪丸，並開始產生健康雄鼠的睪丸素。主持該研究的德國海德堡歐洲分子生物實驗室科學家特萊爾說：“我們預期老鼠將停止排卵，然而實情更為震撼。”

研究人員利用基因工程技術關閉了雌鼠的FOXL2，結果卵巢中的卵子皆死亡，最後將成長為卵子的濾泡慢慢地轉變成史托利細胞，史托利細胞在睪丸中製造精子。雌鼠由此發展出製造睪丸素的細胞，同時睪丸素濃度升高為原先的一百倍。該實驗中的雌鼠與雄鼠的大小、皮毛等外觀幾無差異，並且除生殖器官產生變化外，沒有顯示副作用，實驗鼠的壽命也正常。

套用前景

研究人員發現FOXL2基因顯然與另一基因SOX9保持著排斥關係。當一種基因啟動，另一種則自動關閉。SOX9基因通常只在男性體內活動，當男性的SOX9一旦被開啟，FOXL2的活動就遭抑制，並進而終身停頓。這種情況在女性體內剛好相反，FOXL2會最先被啟動。學界普遍了解FOXL2對女性維持女兒身與卵巢的成長十分重要，然而科學家並不預期卵巢中的排卵細胞會被SOX9基因吸收，進而發揮男性生育功能。

研究人員認為，該發現離人體套用還有一段很長的路要走，然而這必然帶來變性治療的變革，甚至可能開啟非手術變性治療的先河。到時，變性人將無須終生用藥，只需接受短期的基因療法就行了。