摘 要：泌尿系统畸形是由于泌尿系统各器官的发生和分化紊乱而出现的人类出生缺陷中较常见的一组畸形，是临床常见的严重危害儿童健康的疾病，发病率约为1～8‰，在全部出生缺陷中占第17位，且具有呈不明原因上升的趋势。其中有些是在出生后即被发现，而有些则在开始不易被察觉，仅是在成年以后的体检中被发现。目前已知，30%的儿童期肾衰竭是由肾脏或泌尿道的发育畸形所致。此外，最新研究证实，人类三分之一的慢性肾脏疾病亦与肾脏的发育紊乱有关。按我国每年有2000万婴儿出生计算，则每年约有3万余名患儿出生。由于大部分泌尿系统畸形均需要手术治疗，这不仅给罹病家属带来沉重的经济负担，而且对患儿身心健康均造成不良影响。目前对其发病原因尚无定论，一般认为是由于环境因素和遗传因素共同造成的。对于其遗传背景，人们先是注意到了染色体22q11区域的连锁基因群。因为近年来，通过国内外一些患者的资料均提示泌尿系统畸形的发生与该区域基因的缺失或突变相关。PCR技术的普及以及相关的分子生物学技术的发展使迅速而准确地检测22q11区域内多个基因在泌尿系统胚胎发育时期的表达成为可能。本文对人类染色体22q11区域基因的特征、泌尿系统主要畸形、泌尿系统发生发育以及基因表达调控等进行简要阐述。
关键词：泌尿系统畸形；22q11.2；微缺失；致病基因；基因表达调控
一、对于人类染色体22q11区域内基因的最新了解
利用网络资源，我们从NCBI中获得了人22q11区域内的多个基因，并依据最新文献进行了补充。22q11区域内基因是指位于人类22号染色体长臂1区1带的基因群。2004年10月，人类基因组协作组织宣布，精度达99%以上的人类DNA序列已经完成测序，并可以通过互联网免费获得，加快了疾病相关基因的定位与克隆研究。目前，染色体22q11.2区域已经被详细注解，并且已在该区域中发现了近40个基因及EST（表达序列标签），其中许多尚未被详细研究。
目前，分子遗传学研究已经将22q11.2缺失的关键区域缩小到一段长约3Mb的DNA片段中。通过基因表达、突变筛查等方法，研究者已经在该区域中陆续发现了与心血管畸形相关的TBX-1基因、精神分裂症相关的COMT、ARVCF、PRODH基因以及巨型血小板症相关的GpIb€%[基因等。上述研究成果，被先后发表在《Nature》、《Nature Genetics》、《Cell》、《Lancet》等重要学术刊物上，引起了学术界的关注。近期已发现染色体22q11.2微缺失与多种泌尿系统畸形存在强烈的关联。1990年以来，多项研究提示泌尿系统发育缺陷与22q11.2缺失相关，具体的畸形分别涉及肾脏（如单肾、小肾、肾结石、肾发生不全、多囊肾、肾积水、马蹄肾等）、输尿管/膀胱（如阻塞性异常、膀胱输尿管返流等）以及尿道下裂等。目前可以初步推测，人类染色体22q11.2DGCR区域的Cdc451、Hira、Snap29、Ube213等基因可能在肾脏发育中扮演重要角色。此外，若干大型调查亦证实上述泌尿系统畸形在22q11.2缺失携带者中的发生率分别为31%（n=82人）、36%（n=136人）以及37%（n=67人），显著高于普通人群。
二、泌尿系统畸形主要类型及影响因素
1、主要类型
多囊肾：是一种先天遗传性疾病，分为婴儿型和成人型。婴儿型多囊肾属常染色体隐性遗传，较为罕见，发病率为1/10000，儿童期可有肾功能不全的表现；成人型属常染色体显性遗传，为常见的多囊性肾病，发病率约1/1250，占晚期肾病10%，多为双侧型。肾缺如：是由于输尿管芽未形成或早期退化，未能诱导后肾发生所致，以单侧多见。马蹄肾：是肾在上升过程中受阻，于肠系膜下动脉根部，两肾尾端融合呈马蹄形。其它还有双输尿管、异位肾、脐尿瘘、膀胱外翻等也比较常见。
2、影响因素
1）胎儿性别：在胚胎发育过程中，男性分化取决于睾丸产生足量的睾酮及抗Muller氏管激素，而女性分化则不需要激素的诱导。由于男性分化是一个依赖于激素历时较长的复杂过程。因此发育异常的机会多，导致男性泌尿生殖系统畸形远较女性多见。
2）孕早、中期感冒：已有调查提示，母亲孕期、尤其孕早期感冒组的出生缺陷的发生率明显高于非患病组，这与病毒感染有关。孕妇感染病毒后可使受精卵的染色体结果异常，抑制细胞的有丝分裂，影响组织器官的正常分化与发育。
3）低出生体重：Weidner等[13]对6777例隐睾以及1345例尿道下裂新生儿进行病例对照研究，结果表明低出生体重增加了发病风险。
4）孕次：国内有人报道，随孕次增高胎儿患出生缺陷的发病率有增加趋势。一般认为孕次增高的胎儿，其母亲有不良孕史者较多，已经有大量的国内外遗传学研究表明，多数流产、死胎、死产儿有染色体结构和数目的异常，提示遗传因素在泌尿生殖系统畸形的发生机制中具有极为重要的影响。
5）母亲孕前职业性接触有害化学物质：本次调查的有害化学物质主要是农药，其次是铅、煤气及醛类等，结果显示与胎儿的泌尿生殖系统畸形有关。Garry等和Kristensen等分别在美国和挪威经过长期观察发现，使用农药的农民的后代中发生泌尿生殖系统畸形的风险较高。
综上所述，泌尿生殖系统先天畸形发生的原因比较复杂，既有环境因素的作用，也有遗传因素的作用。要确定有关因素与胎儿发生泌尿生殖系统畸形的关系，将需要较多的流行病学、畸形学及分子生物学的证据。
三、泌尿系统的发生发育
1、人类泌尿系统发生
所有脊椎动物泌尿系统的主要器官均起源于生肾节（间介中胚层），都要经过前肾、中肾、后肾三个连续阶段的演变过程，同时也受控于基因表达调控机制。
人胚第4周初，在生肾节内，从头至尾先后出现7-10条横行的细胞索或小管，内端开口于胚内体腔，外端与头尾走向的前肾管相同。于第4周末，前肾小管相继退化，而前肾管大部分保留。当前肾退化时，中肾在生肾索内开始发生。至第2个月末，中肾大部分退化。人体的永久肾为后肾。第5周初，输尿管芽及生后肾组织形成。第3个月时，后肾开始产生尿液，成为羊水的来源之一。第4-7周时，泄殖腔被尿直肠膈分隔为背侧的原始直肠和腹侧的尿生殖窦。泄殖腔膜同时被分隔成背侧的肛膜和腹侧的尿生殖窦膜。尿生殖窦分为三段。上段较大，发育为膀胱；中段狭窄，保持管状，于男性形成尿道的前列腺和膜部，于女性形成尿道。下段于男性形成尿道的海绵体部，于女性则扩大为阴道前庭。
2、鼠类泌尿系统发生
小鼠泌尿系统的发生除周期短外，与人类相似。胚胎第8天时，在体节腹侧已可辨认出生肾节，生肾节再演发为前肾、中肾、后肾。从第8天末至第9天，前端生肾节（心胃水平区）形成前肾囊，逐渐延长而成为前肾细管。细管的一端伸向尾方与其相邻的细管彼此会合起来而形成前肾管。第10天时前肾管已通入泄殖腔。第11天前肾细管开始退化，但前肾管仍旧保留。约于第13天，中肾细管趋向退化。中肾管的尾端背侧，在第11天开始发生向外突出形成输尿管芽。一般在胚胎第13天出现肾盂、集合小管和初步结构。第14天有部分肾小囊形成。第16天时已较完善。但发展到近似于成年，多半要在出生后第三周。胚胎第11天时，由于尿直肠膈的产生，泄殖腔被逐渐分隔为背、腹两部分，背部为直肠，腹部为尿生殖窦。至13天时分隔完全，会阴形成。泄殖腔膜也相应的被分为肛膜和尿生殖膜。于14天膜破裂开通。在雄性，较长的尿道是由尿道部和初阴部演变而来；在雌性，尿道仅由尿道上端形成，而尿道部下端和初阴部则开放形成阴道前庭。
根据鼠的怀孕期（18-21天）以及泌尿系统发育的关键时间点，我们有针对性地选择了孕11、13、15、19天的雌鼠以及出生后1天的昆明小鼠作为标本来源，准备通过实验筛选22q11区域内与泌尿系统畸形易感的基因。
四、基因表达调控影响泌尿系统发育
基因表达调控是生物体内基因表达的调节机制，使细胞中基因表达的过程在时间、空间上处于有序状态，并对环境条件的变化作出适当反应的复杂过程。在生物生命活动中并不是所有基因都同时表达，人类也不例外，代谢过程中需要的各种酶和蛋白质的基因以及构成细胞化学成分的各种编码基因是经常表达的，而与生物发育有关的基因则要在特定时空才表达。在人类，随着发育和分化，出现了不同类型的细胞和组织器官，尽管它们的染色体具有相同的DNA，但却合成了不同的蛋白质。对不同序列的mRNA研究认为，真核细胞中大约存在1-2万种蛋白。另外还有数百种含量较低的蛋白质，在不同类型的细胞中表现形式不同，其中大部分是调控蛋白或酶，这数百种不同的蛋白虽然所占比例不大，但足以能使细胞表现出不同的形态和行为，并行使不同的功能。人类正因有这样精密的调控机制和对环境的适应，才产生了各种特异的蛋白质分子来体现生命现象和执行生物功能。可见，泌尿系统的正常发育也依赖于基因表达调节控制机制，一旦基因调控机制发生异常，泌尿系统的发育成熟便受到影响，可能引发与各种畸形相关的遗传易感性疾病。近年来，一些表达于肾脏发育早期的基因如PAX2、KAL、EYA1、AGTR2、HNF-1beta、SIX1、SIX2、SALL1、FOXC1、WT1、HOX1等已陆续被发现与人类泌尿系统畸形相关，另外对几种常见泌尿生殖系统畸形的致病基因如PKD1-3、SRY、AR、INSL-3、GREAT、SRD5A2、CFTR以及SOX基因家族等也有了很多新的研究进展。而对于上述分子机理的深入研究将有助于揭示人类泌尿系统畸形的发病机理，并且为设计孕早期基因诊断和遗传咨询提供依据。
五、前景展望
综上所述，基因在组织器官中特异表达的研究是一个相对庞大的课题，不仅能为胚胎发育学提供重要资料，也可为各种遗传易感性疾病的研究提供线索。由于基因的异常表达与器官畸形的发生密切相关，对22q11区域基因的深入研究不仅有助于进一步揭示泌尿系统畸形发生发展的具体机制，且对临床具有重要指导意义。从理论上讲，由于22号染色体已全部破译，各基因定位明确，所以22q11区域基因本身也是一个非常好的治疗靶点，阻断其表达或其介导的相关不良过程，将可能为泌尿系统畸形的防治提供一些较为理想的思路。研究者已运用全反式维甲酸（Retinoic acid）成功构建了包括泌尿系统畸形在内的多种先天缺陷的动物模型，通过双向电泳与质谱分析筛选患鼠与健康小鼠肾脏组织中差异表达蛋白。在此基础上，本课题拟在未来的研究中采用多种研究方法相结合的策略，对22q11.2区域内泌尿系统关键致病基因进行精细定位及克隆，并初步探讨其在泌尿系统发育中的作用。此外，泌尿系统作为人体八大系统之一，在代谢中承担着排泄废物的重任，同时与循环、生殖等联系密切，一旦该系统功能出现异常，便会造成一系列的不良影响，给个人和家庭带来负担。因此，研究基因在泌尿系统畸形方面的表达情况并做到如何防治，不仅是一个医学问题，也将涉及环境卫生、优生优育等方面的研究，需要进行大量的工作。
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[3]Lund J et al.Comparative sequence analysis of 634 kb of the mouse chromosome 16 region of conserved synteny with the human velocardiofacial syndrome region on chromosome 22q11.2.Genomics.2000；63（3）：374-383.
作者简介：钱爱丽（1981-），女，内蒙古包头医学院第二附属医院核医学科，执业医师，检验师，本科学历，研究方向：放射免疫分析，化学发光实验室质量控制。