尿道下裂是男性泌尿生殖系统常见的先天性畸形。 主要表现为尿道外口异位、阴茎背侧包皮堆积、阴茎弯曲，重症患者不能站立排尿，成人后不能正常性生活。 从20世纪后期开始，流行病学研究发现尿道下裂的发病率在全世界显示出增加趋势。 但是，迄今为止，许多尿道下裂的发病原因尚不清楚。 目前的研究表明尿道下裂的发病可能是受遗传学因素和环境的影响，单基因和多种环境因素共同作用的结果[1]。
人的性发育是一个非常复杂连续的级联控制过程，男性的性分化和性发育需要多种基因之间的精确剂量平衡和相互作用，正常的性分化由三个连续、有序、相互关联的阶段构成。 第一阶段是染色体性别的确定，即合子的性染色体为XY，这个过程在受精卵形成时完成。 第二阶段是生殖腺性别的确定，通过y染色体性别决定区(sexdeterminingregionofychromosome，SRY )基因的诱导，未分化的生殖腺(生殖结节)分化为睾丸。 第三阶段是受睾丸分泌的雄激素等各种因素的影响，内外生殖器向男性方向分化的表型性的确定。 上述过程中发生的异常可能会导致尿道下裂。
流行病学特征
典型的尿道下裂有三个特征：尿道口异位、阴茎下弯曲和包皮异常分布(见图1 )。 根据尿道的开口位置，中国将尿道下裂分为4型： I型：在龟头和冠状沟开口。 ii型：在阴茎体开口的iii型：尿道在阴茎体的后部、阴茎阴囊的交界处开口。 型：会阴开口[2]。 国外根据矫正下弯后尿道口退缩的位置，分为前型、中间型、后型(参照图2 )。
目前对尿道下裂的流行病学和病因学研究很多，各地报告大不相同，整体发病率为1/300~1/250。 据相关资料统计，发病率最高的是白人，其次是美国黑人，亚洲黄色人种的发病率相对较低。 欧美很多国家的统计数据显示，男性尿道下裂的发病率在全世界都有增加的趋势[ 3，4 ]。 在中国，吴艳乔[5]以医院为基础的监测方法收集资料进行的研究也表明，中国新生儿尿道下裂发生率呈上升趋势，平均发生率为5.3/1000。 城镇的增加速度高于农村，沿海高于内地和边远地区。
遗传因素
尿道下裂多数是发散的，但许多研究证明尿道下裂的发病有明显的家族倾向[6]。 根据采用430例尿道下裂患者的调查，同胞兄弟生病的风险约为12%。 患者表现型轻重程度对兄弟的影响也不同，患者分别为冠状沟型、阴茎型、阴茎阴囊型，其兄弟患病风险分别为0%、14%、18%。 患者父亲患有这种病时，患者同胞兄弟有26%的患病风险。 患者的其他家族成员，如叔叔、堂兄弟等患此病时，患者同胞兄弟生病的风险为15%。 尿道下裂患者的男性后代估计该病发生的风险为1.4%[7]。
遗传基因突变
目前证实的引起尿道下裂的原因有雄激素不敏感综合征、5还原酶缺乏、多种染色体异常等。 目前确定引起尿道下裂的染色体畸变有10余种。 近年来发现许多基因变异与尿道下裂的发生有关(见表)。 突变引起尿道下裂的单基因包括wilm's肿瘤1(WT1 )基因、类固醇产生因子(SF1 )基因、骨形态产生蛋白4(BMP4 )基因、BMP7基因、同源盒基因HOXA4、HOXA13、HOXB6 型3羟基化类固醇脱氢酶(HSD32 )基因、类固醇5还原酶型(SRD5A2)基因、活化转录因子3(ATF3 )基因、(Mastermind-Likedomaincontaining )多种认为单基因变异不能说明很多散发病例，随着单核苷酸多态性(SNP )的研究和全基因组相关分析(GWAS )的应用，尿道下裂敏感性基因的多态性与FGF8、FGFR2、AR、HSD17B3、SRD5A2、ESR1 虽然发现了越来越多的敏感基因，但基因的影响位置和影响方式等后续功能研究并不十分明确，只有个别基因通过生物信息学预测变异对蛋白质变化的影响[1]。 以下是目前可能与尿道下裂相关的一些热点基因的研究进展，有助于更广泛和更深入地认识尿道下裂的发病原因。
成纤维细胞生长因子基因
成纤维细胞生长因子(FGF )家族有22个成员、4个FGF受体，对肢体、皮肤及其衍生物、内皮器官、外生殖器官等多种器官的发育和分化起着多种作用[8]。 动物实验研究表明，FGF8和FGF10在大鼠生殖结节的发育中起着重要的调控作用。 妊娠早期FGF8、FGF10表达于生殖腔表皮，这些表皮将来会成为尿生殖洞，促进生殖结节的形成。 生殖结节形成后，在生殖沟和尿道板上发现了FGF8的表达，但FGF10的表达消失了。 FGF8持续表达到远端尿道表皮出现生殖结节，如果FGF及其受体的表达受到影响，就会形成包括尿道下裂在内的异常尿道。 Beleza-Meireles等[9]将FGFR2、FGF8、FGF10、BMP7四个基因作为尿道下裂的候选基因进行检测，对60例包括个别尿道下裂和家族尿道下裂的患者进行改性高效液相色谱技术和DNA序列检测与对照组的90个研究对象进行比较，发现FGF8的c.590CG和c582-62GA序列有变异，发现FGFR2的c.550 27CT、c.727 180TG、c.830tc(p.mel )。 没有发现FGFl0和BMP7基因的变异，尿道下裂中的基因变异只存在于FGF8和FGFR2，提示该基因变异增加了患病风险。
AR及相关基因
雄激素是维持正常雄性发育分化功能所必需的。 雄激素睾酮由睾丸间质细胞产生，通过血清白蛋白、性激素结合蛋白输送到靶组织。 在前列腺和睾丸等靶组织中，睾酮的作用更强，被还原成解离慢的5-二氢睾酮。 雄激素的生物学作用通过AR。 雄激素水平的变化和AR基因的变异会影响雄激素和AR的结合，产生雄激素拮抗作用，引起性分化异常、发育抑制、外生殖器畸形。 AR基因有八个外显子。 外显子1包括具有高多态性的CAG重复序列，编码聚谷氨酰胺通道。 关于CAG重复序列与男性性别分化的相关性研究很多，结论还有争议。 有学者认为，如果CAG重复次数增加，雄激素受体转录因子的活性降低，男性化不足，精子生成减少，促进睾丸萎缩、不育的发生。 部分中度至重度男性化不足，包括小阴茎合并尿道下裂[ 10，11 ]。 Parada-Bustamante等[12]研究了AR基因的CAG和GGN片段多态性，结果发现尿道下裂组患儿CAG片段多态性的重复明显高于对照组，GGN在两组之间没有区别。 说明了在散发尿道下裂患儿的AR基因中CAG具有更长的等位基因，可能与尿道下裂发病有关。
近年来，雄激素受体伙伴蛋白FKBP52成为研究热点。 FKBP52由FKBP4基因编码，广泛表达于胞浆中，特别是在能与类固醇激素反应的组织中含量高，对维持类固醇激素受体和其他蛋白质的构象极为重要。 认为FKBP52可以提高AR的活性，其氨基末端有PPIase区域，PPIase具有伙伴功能，可以催化氨肽键从变压器向顺式变化。 FKBP52通过三十四肽重复单元(tetratricopeptide repeat，TPR )区域的结合参与构成AR复合体的一个构成部分，可以提高AR介质的转录活性。 除了FKBP52以外没有伙伴蛋白时，点突变后活性低的AR功能明显恢复，因此FKBP52是AR折叠因子，被认为对雄性生殖器有非常重要的生理作用[13]。 已经有研究表明，基因敲除FKBP4的雄性小鼠，100%显示尿道下裂，有些小鼠显示男性化不完全、前列腺、精囊发育不全和不孕。 由此推测，在尿道形成过程中，FKBP52是雄激素受体途径的重要分子调节部位，与尿道下裂的发生有密切关系[14]。
SRD5A2基因
胎儿阴茎的发育依赖于睾丸通过性腺刺激激素合成足够量的雄性激素，包括睾酮和二氢睾酮。 双氢睾酮依次诱导外生殖器、尿道和前列腺的形成。 睾酮在SRD5A2的作用下转换为活性更高的二氢睾酮，如果SRD5A2的作用下降，二氢睾酮的合成就会受到影响。 在妊娠16~20周时，SRD5A2分布在包围尿道的基质内，尿道腹侧中缝合部最明显。 胚胎尿生殖窦中SRD5A2表达高，提示阴茎发育和尿道形成有重要作用。 Morissette[15]等人通过原位杂交技术和连锁分析发现，SRD5A2基因定位于2p23，cDNA全长214 kb，编码254个氨基酸。 克隆cDNA证明5还原酶有SRD5A1和SRD5A2两种。 SRD5A2主要分布于雄激素靶组织，SRD5A1分布于皮肤和少数其他组织，表明SRD5A1基因结构的变化与尿道下裂无显着相关性[16]。 现在报道的SRD5A2基因变异有点变异、移位编码变异、基因片段缺失。 基因分析结果表明，酶活性可能缺乏的原因是基因点的变异导致酶不能与睾酮结合。 基因缺失、接合点突变和点突变形成早期出现终止信号，阻碍了正常酶分子的合成。 点突变是酶的功能和酶编码基因以外的变异影响基因的表达[17]。 在尿道下裂患者中，在具有轻度、中度、重度尿道下裂及家族性的尿道下裂中发现了SRD5A2基因的变异，从单一点变异到严重的序列破坏，基因最多的变异部位是第4外显子，其次是第1外显子
ATF3基因
ATF3是碱性亮氨酸拉链区(bZIP )家族的ATF/CREB子家族的成员之一。 人全长ATF3基因有4个外显子，该基因编码的蛋白质由181个氨基酸组成。 通常，ATF3的表达在许多细胞内很低。 细胞暴露于各种病理和生理刺激时，ATF3 mRNA水平迅速增加，是细胞应激反应中最早表达的转录因子，这些刺激包括抗癌药物、蛋白酶抑制剂、遗传毒性因子、同半胱氨酸、缺血再灌注、细胞因子最近的研究表明，ATF3与雌激素、雄激素有关。 发现ATF3基因不仅是雌激素应激基因之一，而且在过度表达时促进前列腺癌细胞增殖，加速细胞从G1期向s期转移。 同时雄激素促进了ATF3在前列腺癌细胞中的表达，抗雄激素药物参与后ATF3的表达减少，提示ATF3基因是由雄激素调节的基因[ 19，20 ]。 最近Liu等人[21]报道，ATF3在尿道下裂中的表达上升，ATF3不仅仅是压力因素，可能与尿道下裂的发病机制有关。 转录调控因子ATF3的靶基因有gaddl53/choplo、E-selection、磷酸烯醇丙酮酸羧激酶等。
雌激素受体(ER )基因
近年来，睾丸源性生殖障碍综合征(testicular dysgenesis syndrome，TDS )的概念的提出，为男性不育的病因研究及临床治疗等相关各方面提供了新的全球视角。 其基本理论是胎儿期睾丸Leydig细胞和(或) Sertoli细胞的发育受到外部因素的影响，特别是环境内分泌干扰物(environmentalendocrinedisruptingchemicals，EEDC )。 EEDC阻碍胚胎睾丸发育出现功能异常，在完全依赖激素发育的男性生殖器中出现了包括睾丸、尿道下裂、青春发育期后的少精子症和睾丸癌4种病症的TDS [ 22，23 ]。 EEDC产生雌激素样、抗雌激素样、抗雄激素样和类固醇产生酶抑制样作用。 TDS概念的提出引起了人体内环境中雌激素和雄激素作用的失衡，从而使ER相关基因与尿道下裂的关系成为最新的研究热点。 ER是核受体超家族的成员，是配体调节的转录因子，通过与靶基因上的特异性效应元件结合，调节靶基因的表达。 ER分为ER和ER两种亚型。 ER位于6q25.1，由140 kb以上的碱基对组成，有8个外显子，编码着由596个氨基酸组成的分子质量为66 ku的蛋白质。 ER位于14q22~14q24，由40 kb碱基组成，编码着由485个氨基酸组成的分子质量为54.2 ku的蛋白质。 因为ER和ER，组织分布有明显的差异。 研究证实，ER在骨骼、脑组织、垂体、尿道、血管系统和前列腺等非生殖组织中明显表达，在卵巢和睾丸等生殖组织中表达量低或不表达。 ER在子宫、肝脏、乳腺、肾脏等组织中显示出较高的表达。 两者共同表达的组织包括卵巢、骨骼、血管系统和乳腺[24]。
Watanabe等人[25]分析了日本人ESRl基因上的SNPs8-15，发现AGATA单倍体是引起尿道下裂的危险因素之一。 另外，证实了SNP12部位的碱基a是SNPs10-14部位出现AGATA单倍体的标签基因，表明日本人SNP12部位的碱基a的出现是停留睾丸和尿道下裂的敏感因子。 Ban等人[26]发现ESRl XbaI(SNP部位rs9340799 )中含有的g等位基因变异与尿道下裂呈负相关，碱基g是尿道下裂的保护性碱基，含有该碱基序列的个体患尿道下裂的风险约为普通人的一半Van der Zanden等人[27]反复进行了ESRl基因变异与尿道下裂关系的研究，进一步证实了定位于ESR1基因的SNP12(rs6932902 )上的碱基为a的个体尿道下裂的发生比例显着上升。 Beleza—Meireles等[28]在瑞典尿道下裂患儿的研究中，患儿体内ESR2基因内含子6上的CA重复多态性比正常人延长，而且在这些患儿体内表达低级睾酮，6名患儿进行ERS2杂合提示ESR2可能与外源性雌激素结合抑制体内雄激素的生成，参与尿道下裂的发生。 研究同时发现，SNP部位rs2987983碱基序列类型为CC的个体OR值为1.96，SNP部位rs10483774碱基序列类型为AG的个体OR值为7.47，与尿道下裂敏感性有关。
DGKK基因
迄今为止，尿道下裂的病因假说主要集中在对激素的干扰上。 内分泌相关基因多态性与尿道下裂相关性的研究已经很多。 但是，过去的相关研究通常样本量少，结果在大样本的研究中再现性差。 随着SNP芯片的发展，GWAS成为揭示常见复杂疾病遗传基础的可行研究方法。 2011年，荷兰学者vander Zanden[29]对尿道下裂进行了首次GWAS研究。 从结果中选择排名最高的SNP位点，7个SNP位点聚集在x染色体上，编码二酰甘油激酶k的编码基因DGKK。 DGKK编码人二酰甘油激酶型，调节甘油二酯和磷脂酸的平衡，但这两种物质是脂质信使，发挥着重要的信号转导作用。 研究表明，DGKK在睾丸和胎盘中表达最丰富。 DGKK基因以前与尿道下裂无关，但GWAS的研究结果表明DGKK基因与尿道下裂的发病密切相关。 DGKK基因SNP位点rsl934179和rs7063116上的碱基a是尿道下裂的风险碱基类型。 进而实时定量PCR分析表明，DGKK在尿道下裂组和对照组的包皮组织中表达，而SNP部位rsl934179上碱基为a的患儿体内表达，DGKK基因mRNA含量减少，可能与尿道下裂的发病机制有关。 2012年美国学者Carmichael等[30]验证了DGKK基因。 对665名尿道下裂儿童进行了27个DGKK基因SNP的研究，得出了同样的结论。 对于轻度和中度尿道下裂患儿，27个SNP中15个p值小于0.05。 DGKK基因的变异被认为与尿道下裂的发生有很大的相关性，但其作用机制有待进一步研究。
环境因素
近年的研究认为，环境中广泛存在的雌激素和抗雄激素类物质的污染可能是导致尿道下裂发病率上升的原因。 美国国家环境保护局(EPA )列举了60种环境化学物质，美国疾病预防控制中心列举了48种具有内分泌干扰作用的环境污染物，即EEDC[31]。 EEDC不仅影响正常激素的产生、释放、运输、代谢和去除，还影响同源受体结合及其后的细胞内受体作用。 作为激动剂既有增强内源性激素的作用，也有抑制内源性激素的作用。
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