SRY基因

在真兽类哺乳动物（包括有袋类和有胎盘类）中决定性别的区域，Y 蛋白（SRY），也称为睾丸决定因子（TDF），是一种 DNA 结合蛋白，也被称为基因调控蛋白或转录因子。SRY 是 Y 染色体上一个无内含子的性别决定基因。由该基因突变引起的各种性别发育疾病会对个体产生不同的表型和基因型影响。

SRY 是一种 DNA 结合蛋白，属于 SOX（SRY 样盒）基因家族。SRY 作为一种转录因子，在与类固醇生成因子 1（SF-1）蛋白相互作用时，会增强其他转录因子（最重要的是 SOX9）的活性。其表达导致原发性性索的形成，随后转化为精曲小管。当这些索在未分化的性腺中心发育时，睾丸便会形成。随后，支持细胞开始产生抗苗勒管激素，而睾丸新激活的间质细胞开始分泌睾酮。SRY 基因的作用通常在胎儿形成 6-8 周后出现，并阻止男性发展出女性解剖结构。此外，它还能增强男性的第二性征。

基因进化与调控

演变

SOX3 基因是 SOX 家族的成员，该基因与 X 染色体相关联，可能通过基因重复产生了 SRY。这种重复发生在单孔类和真兽类分离之后。单孔类缺乏 SRY，并且它们的一些性染色体与鸟类的性染色体相似。SRY 是一个快速变化的基因，由于动物性别决定过程不是高度保守的，因此对其调控机制的研究一直很困难。即使在利用 SRY 进行性别决定的有袋类和有胎盘类之间，SRY 的作用也因物种而异。高迁移率族（HMG）盒是该基因的核心区域，在不同物种之间是保守的，但基因的其他部分则不然。在人类 Y 染色体上，只有包括 SRY 在内的四个基因被证明起源于原始 Y 染色体。与初始 Y 染色体融合的常染色体产生了人类 Y 染色体上的其他基因。

监管

小鼠是可用于 SRY 研究的主要模型研究生物，因为它们与其他模式生物的性别决定基因只有很少的共同点。由于即使在哺乳动物物种之间，蛋白质序列的保守性也很有限，因此理解其调控机制更加困难。HMG 盒区域负责 DNA 结合，是小鼠和其他动物之间唯一保守的区域。该区域是导致性别逆转（形成相反性别）的突变位点。SRY 启动子、调控元件及其调控机制尚未得到充分理解，因为保守性很低。在翻译起始点之前的 400-600 个碱基对（bp）范围内，相关哺乳动物类群之间存在相似性。体外研究的人类 SRY 启动子表明，SRY 启动子功能需要翻译起始点之上至少 310 bp 的区域。已证明包括 Wilms 肿瘤蛋白 1、特异性蛋白 1 和类固醇生成因子 1 在内的三种转录因子结合到人类启动子区域会影响 SRY 的产生。启动子区域中位于 -150 和 -13 处的两个 Sp1 结合位点充当调控位点。Sp1（一种结合 GC 丰富共识序列的转录因子）的 SRY 结合位点的突变会导致基因转录降低 90%。对 SF1 的研究结果不太确定。SF1 突变可能导致性别逆转，而删除可能导致性腺发育不全。然而，SF1 如何特异性地与 SR1 启动子相互作用尚不清楚。启动子区域中还有两个 WT1 结合位点，位于 ATG 密码子距离 -78 和 -87 bp 处。WT1 是一种主要起激活作用的转录因子。它具有四个 C 末端锌指和一个富含脯氨酸和谷氨酰胺的 N 末端结构域。锌指突变或 WT1 失活会减小男性性腺的大小。基因删除导致完全的性别逆转。尽管 WT1 如何上调 SRY 尚不清楚，但一些证据表明它有助于稳定信息处理。然而，WT1 也调控 DAX1（即 X 染色体上的剂量敏感性性别逆转、肾上腺皮质增生关键区域）的表达，这一事实使该观点更加复杂。在小鼠中，DAX1 的过度表达会导致性别逆转。尽管提出了许多其他途径，例如 RNA 结合和 SRY 转录失稳，但 DAX1 的作用机制仍不清楚。对男性发育抑制的研究表明，DAX1 可以干扰 SF1 的功能，进而通过招募共抑制因子来干扰 SRY 的转录。

此外，还有证据表明 GATA 结合蛋白 4（GATA4）和 FOG2 与 SRY 的启动子协同作用以激活它。FOG2 和 GATA4 突变体表现出 SRY 转录量大大降低，尽管这些蛋白质如何调控 SRY 转录尚不清楚。尽管 FOGs 包含可以结合 DNA 的锌指基序，但没有证据表明 FOG2 与 SRY 相互作用。研究表明，FOG2 和 GATA4 与调节核小体的蛋白质结合，这可能激活它们。

函数

妊娠期间，位于泌尿生殖嵴上的原始性腺细胞处于双能状态，这意味着它们能够根据情况发育成男性或女性细胞（支持细胞和间质细胞或卵泡细胞和颗粒细胞）。通过开启雄性特异性转录因子，使这些双能细胞分化和增殖，SRY 启动了睾丸分化的过程。SRY 通过增强转录因子 SOX9 来实现这一目标，SOX9 的 DNA 结合位点与 SRY 极其相似。成纤维细胞生长因子 9 (Fgf9) 被 SOX9 上调，而 SOX9 又被进一步上调。一旦达到适当的 SOX9 水平，双能性腺细胞就开始发育成支持细胞。此外，原始睾丸将继续由表达 SRY 的细胞形成。这个基本的事件序列包含在这个简短的讨论中，然而还有许多其他因素影响性别决定。

1. 在细胞核中的作用

SRY 蛋白主要有三个区域。高迁移率族（HMG）结构域位于中间区域，充当 DNA 结合结构域，并包含核定位序列。N 末端结构域可以被磷酸化以增强 DNA 结合，而 C 末端结构域缺乏保守结构。它以 SRY 的核定位信号区域乙酰化开始，这使得输入蛋白和钙调蛋白能够结合 SRY 并促进其输入细胞核。SRY 和 SF1（类固醇生成因子 1，另一种转录调节因子）在细胞核中结合，该区域位于 Sox9 基因转录起始位点的上游，是支持细胞前体中 Sox9 基因的睾丸特异性增强子元件。具体来说，SRY 的 HMG 区域结合 DNA 靶序列的次沟，导致 DNA 弯曲和解开。这种特定的 DNA “结构”的产生使得 Sox9 基因的转录更容易。SOX9 特别靶向支持细胞细胞核中的 Amh 和前列腺素 D 合酶（Ptgds）基因。结合到 Amh 启动子附近的增强子，SOX9 可以产生 Amh，而结合到 Ptgds 基因，SOX9 可以产生前列腺素 D2（PGD2）。PGD2 的自分泌或旁分泌信号促进 SOX9 进入细胞核。之后，SOX9 蛋白启动一个正反馈循环，其中它作为自身的转录因子，导致大量 SOX9 的产生。

2. SOX9 和睾丸分化

由于仅存在 SF-1 蛋白，SOX9 基因在泌尿生殖嵴沿线的 XX 和 XY 双能性腺细胞中转录很少。然而，由于 SRY-SF1 复合物结合到 SOX9 上的睾丸特异性增强子（TESCO），仅在 XY 性腺中，SOX9 基因被显著上调。XX 性腺中的转录几乎检测不到。通过正反馈循环，SOX9 与 SRY 一样，与 SF1 形成复合物并结合到 TESCO 增强子上，这促进了 XY 性腺中 SOX9 的表达，并促成了这种上调。FGF9（成纤维细胞生长因子 9）和 PDG2（前列腺素 D2）蛋白也维持了这种上调。尽管其确切机制尚未完全理解，但它们已被证明对于维持睾丸生长所需的 SOX9 表达水平至关重要。

SOX9 和 SRY 被认为介导了支持细胞前体向支持细胞的细胞自主分化，这是睾丸形成的第一阶段。性腺中心的早期支持细胞被认为是 FGF9 波的起源，该波穿过发育中的 XY 性腺，通过上调 SOX9 促进支持细胞分化。尽管确切机制尚不清楚，但 SOX9 和 SRY 也被认为负责睾丸发育的许多后期过程，包括间质细胞分化、性索形成和睾丸特异性血管发育。然而，当 PDG2 存在时，SOX9 被证明对于睾丸发育至关重要，因为它直接影响编码抗苗勒管激素的 Amh。

SRY 疾病对性别表达的影响

直到睾丸决定因子诱导男性生殖器官形成的那个发育时刻，胚胎在性腺方面是相似的。男性的典型染色体组型是 XY，女性是 XX。然而，SRY 至关重要的异常情况也存在。克氏综合征患者有多个 X 染色体和多个正常的 Y 染色体，染色体组型为 XXY。这些人被归类为男性。当精子细胞成熟时，减数分裂过程中异常的遗传重组可能产生与表型表达不符的染色体组型。

在发育中的精子细胞在减数分裂过程中发生交叉时，SRY 基因通常保留在 Y 染色体上。如果 SRY 基因从 Y 染色体转移到 X 染色体，睾丸的发育将停止。这就是斯瓦尔氏综合征，其染色体组型为 XY，但表型为女性。患有这种疾病的人，性腺不工作，但子宫和输卵管正常发育。斯瓦尔氏综合征患者通常被当作女性抚养，并认同为女性。在另一极端，XX 男性综合征发生时，SRY 易位到人体的一条女性染色体上。XX 男性综合征的特征是女性染色体组型，但具有男性体征。这两种疾病都可能导致青春期延迟、不孕和与个体认同的性别相反的生长特征。斯瓦尔氏综合征患者可能会出现面部毛发，而 XX 男性综合征患者可能会出现乳房。

虽然 SRY 通常与睾丸发育是否发生相关，但有人提出存在影响 SRY 功能的其他因素。因此，一些拥有 SRY 基因的个体仍然经历女性发育，要么是因为基因受损或发生突变，要么是因为其中一个促成因素。XY、XXY 或 XX SRY 阳性染色体组型的人可能会出现这种情况。

此外，SRY 在胚胎发育过程中存在或不存在的后续活动，是除了 XY 之外，其他依赖 SRY 的性别决定系统。在典型系统中，对于 XY，如果 SRY 存在，SRY 将激活髓质导致性腺发育成睾丸。随后产生的睾酮将启动发展其他男性性征的过程。相比之下，由于 XX 缺乏 Y 染色体，SRY 也会不存在。SRY 的缺乏将允许卵巢从胚胎性腺的皮层发育，这将导致卵巢释放雌激素并引起其他女性性征的发育。

在其他疾病中的作用

由于潜在的雄激素不敏感综合征（AIS），具有 XY 染色体组型和功能性 SRY 基因的个体可能表现出明显的女性表型。SRY 已被证明与雄激素受体相互作用。雄激素受体基因的缺陷导致 AIS 患者无法适当地响应雄激素。受影响的个体可能有完全或部分 AIS。男性比女性更容易患多巴胺相关疾病，如精神分裂症和帕金森病，SRY 与这一事实有关。SRY 编码的蛋白质是一种转录因子，该蛋白质控制着多巴胺（一种从大脑传递调节运动和协调信息的神经递质）。根据小鼠的研究，一种名为 SOX10 的 SRY 编码的转录因子与小鼠的显性巨结肠病有关。利用这种小鼠模型，正在研究 SRY 与人类的先天性巨结肠病（即希尔施斯普龙病）之间的关系。此外，CD 和 SRY 基因表达的转录因子 SOX9 之间也存在联系。骨骼 CD 是由于错义突变导致软骨发育（即软骨发育过程）受损所致。大约三分之二的 46, XY CD 患者表现出不同程度的男性向女性性别逆转。

在奥运会筛选中的应用

这项发现中一个更具争议的应用包括国际奥委会于 1992 年为奥运会性别鉴定设立的系统。尽管在 1996 年夏季奥运会上“检测”出这种基因的所有运动员都被认为是假阳性，并未被取消资格，但拥有 SRY 基因的运动员不允许以女性身份参赛。具体而言，在本次奥运会中，在 3387 名女性参赛者中发现了 8 名带有 SRY 基因的运动员。然而，进一步的基因检查表明，所有这些运动员都是女性，并且她们都被允许参赛。尽管拥有 SRY 基因，但这些运动员被发现患有部分或完全的雄激素不敏感，因此她们的表型为女性。在美国，一些相关专业机构，特别是美国医学会，在 20 世纪 90 年代末倡导取消性别鉴定，认为该技术不可靠且无效。从 2000 年夏季奥运会开始，染色体筛查被停止，但其他基于激素水平的检测取而代之。

正在进行的研究

尽管在过去几十年中，在对性别决定、SRY 基因及其蛋白质的理解方面取得了进展，但这些领域的研究仍在继续。导致许多其他人性别逆转的染色体异常仍然未知，并且性别决定分子网络中仍有需要发现的组成部分。研究人员仍在通过诱变筛选小鼠的性别逆转表型、在不同发育阶段对生殖嵴基因进行微阵列筛选以及染色质免疫沉淀来鉴定转录因子作用的基因等方法，寻找其他性别决定基因。