多囊卵巢综合征(polycystic ovary syndrome, PCOS)是育龄女性中最常见的内分泌疾病之一，也是高雄激素血症和女性不孕的最常见原因^[1]。根据2003年鹿特丹诊断标准，我国育龄期妇女的PCOS患病率为5.6%^[2]。PCOS的临床表现包括月经稀发、不孕、多毛、痤疮、肥胖等，长期发展将出现糖尿病、高血压、高血脂和心血管疾病等代谢相关疾病，给女性的生理、心理、经济和生活均造成巨大的负担^[1]。

PCOS的病理生理机制尚不明确，但高雄激素血症、促性腺激素异常和胰岛素抵抗是基本的病理生理学改变。关于其病因学，目前的研究认为，PCOS是一种复杂的多基因遗传性疾病，由多种遗传因素(基因变异、表观遗传学改变、种族背景等)共同影响，并且受多种环境因素(社会经济、地理、化学毒物、生活方式、饮食等)交互作用而使其临床表现趋于多样化^[3]。荷兰的双胞胎研究证实了遗传因素在PCOS发病中的重要作用^[4]；进一步研究提示PCOS患者临床特征(高雄激素血症和胰岛素抵抗)具有可遗传性^[5,6]。PCOS的病因学虽尚未完全阐明，但高雄激素血症是PCOS的重要临床表现之一。本文综述了PCOS遗传学研究在雄激素合成代谢、储备、作用、调控等相关易感基因领域的研究进展。

在早期的PCOS候选基因研究中，与雄激素合成代谢有关的基因，如胆固醇侧链裂解酶(CYP11A1)基因、17α-羟化酶(CYP17A1)基因、芳香化酶(CYP19A1)基因、17β-羟基类固醇脱氢酶(HSD17B3)基因、醛固酮还原酶(AKR1C)基因、5α-还原酶(SRD5A1/2)基因等，与雄激素储备有关的性激素结合球蛋白(SHBG)基因，与雄激素作用有关的雄激素受体(AR)基因等均被认为是重要的候选基因，虽已有大量相关研究，但至今尚无一致的阳性结果，对致病基因的探索仍困难重重^[7]。由于多基因遗传病不符合经典的孟德尔遗传定律，且环境因素占有重要地位，加大了研究的难度；其次，PCOS表型的复杂性也严重影响了基因型与表型的关联性研究以及动物模型的构建，目前仍需要更多基于精确PCOS分类的大样本涵盖不同种族的人群队列，对上述候选基因进行关联分析。

PCOS患者可按有无肥胖分成2种亚型，肥胖PCOS患者表现出更显著的胰岛素抵抗，而非肥胖PCOS患者雄烯二酮和脱氢表雄酮含量更高，提示非肥胖PCOS患者中肾上腺源性雄激素过多，肥胖PCOS和非肥胖PCOS的病理生理学机制和遗传学背景可能存在差异，既往遗传学研究并未按有无肥胖分别与易感基因进行关联分析，这可能是遗传学研究出现假阴性的原因之一^[8]。本课题组近期研究发现，非肥胖PCOS患者脱氢表雄酮、17-羟孕烯醇酮、17-羟孕酮、孕酮、雌酮升高，而肾上腺特异性酶21-羟化酶活性降低，提示肾上腺源性高雄激素在非肥胖PCOS的发生发展中起到重要作用，这一发现为不同亚型PCOS患者的个性化治疗提供了依据。而进一步基因多态性研究发现其相应的基因CYP21A2 c．552C>G(p.D184E)的基因频率较肥胖PCOS女性显著升高^[9]。CYP21A2基因位于6p21.33，共含10个外显子，编码21-羟化酶。21-羟化酶定位于内质网，催化孕酮和17-羟孕酮转化为11-脱氧皮质酮和11-脱氧皮质醇，是醛固酮和皮质醇合成必不可少的酶，其缺陷会导致其上游产物孕酮和17-羟孕酮堆积，从而增加雄激素的合成。既往Settas等^[10]在希腊人群中进行的研究未发现CYP21A2基因变异对PCOS发病有影响，可能是由于未进行非肥胖PCOS女性亚组分析，且仅筛查了希腊人群的常见CYP21A2基因变异。当然，在本课题组研究中c.552 C>G(p.D184E)多态性的发现虽然部分解释了21-羟化酶的活性差异，但仍需更多的分子生物学研究和细胞学研究进一步验证。

此外，在雄激素合成相关基因的研究中，近年来的研究进展还包括发现与PCOS发病相关的罕见变异。全基因组关联分析研究(Genome wide association study，GWAS)技术虽然能识别大量和PCOS发病相关的常见变异，但研究者发现常见变异只能解释复杂性疾病的小部分遗传信息，并不能完全解释疾病，故研究者必须进一步探讨罕见变异对疾病的影响^[11]。Kasova等^[12]通过测序发现，18种PCOS患者特异的罕见变异位于抗苗勒管激素(AMH)基因，其中有17种罕见变异能显著降低AMH信号转导，从而降低AMH抑制17α-羟化酶的能力，导致雄激素合成增加。AMH基因位于19p13.3，含5个外显子，编码的AMH属于转化生长因子β(TGFβ)超家族成员，在女性中主要由卵巢次级卵泡、窦前卵泡和小窦卵泡分泌，通过与AMH Ⅱ型受体结合，调控卵泡的发育。既往研究发现，AMH基因单核苷酸多态性(SNP)rs10407022与PCOS无直接关联^[13]，Kasova等^[12]的研究不仅首次证明AMH基因罕见变异对PCOS常见表型的影响，而且提出了一种新的PCOS致病机制，但AMH与PCOS的关系尚不十分明确，故仍需进一步的机制研究，更大的挑战则是探讨各类变异导致的信号通路异常在各PCOS亚型中所起的不同作用。

与雄激素作用有关的AR基因位于X染色体长臂，含11个外显子，编码的蛋白具有转录因子活性，结合激素配体后能刺激雄激素应答基因的转录。AR活性由AR基因外显子1中具有多态性的(CAG)n和(CGN)n调节。既往已有多个不同研究探索X染色体失活状态，AR基因(CAG)n多态性、(CGN)n多态性与PCOS具有相关性，但研究结果并不一致^[14,15]。本课题组曾就中国妇女AR基因(CAG)n多态性对PCOS发病的影响进行研究，发现(CAG)n多态性和PCOS发病无显著相关性^[16]。近年来科学家发现AR基因可变剪接可能是导致PCOS患者高雄激素血症和卵泡发育障碍的重要机制之一。Wang等^[17]在PCOS患者的卵巢颗粒细胞中发现疾病特有的2种可变剪接体，分别是在内含子2插入了69 bp序列和外显子3缺失，上述2种可变剪接体通过改变雄激素介导的相关基因表达，干扰雄激素代谢和卵泡发育，同时引起CYP19基因表达下调，CYP17A1基因表达上调，导致高雄激素血症。该研究对PCOS患者颗粒细胞功能障碍的机制进行了深入探索，AR基因可变剪接有望成为PCOS的新型诊断和治疗靶点，但由于卵巢中雄激素主要在卵泡膜细胞合成，进一步研究可选择卵泡膜细胞进行验证。

黄体生成素/绒毛膜促性腺激素受体(luteinizing hormone/choriogonadotropin receptor，LHCGR)基因位于染色体2p16.3，含14个外显子，编码黄体生成素(luteinizing hormone，LH)和绒毛膜促性腺激素的受体。LH通过卵泡膜细胞和颗粒细胞表面的LHCGR，参与类固醇合成、卵泡发育、排卵和黄体形成。Shi等^[18]和Chen等^[19]在GWAS中分别发现LHCGR基因SNP rs13405728与中国妇女PCOS发病相关，随后多个不同种族的研究试图验证该基因与PCOS的相关性。Almawi等^[20]发现在巴林阿拉伯妇女中，LHCGR基因SNP rs7371084降低PCOS的发病风险，而rs4953616增加PCOS的发病风险。Mutharasan等^[21]发现，在欧洲人群中LHCGR基因SNP(rs7562215和rs10495960)与PCOS发病强相关。Cui等^[22]进一步对PCOS各临床表型和遗传位点进行关联分析，发现LHCGR基因SNP rs13405728与稀发排卵亚型相关，提示了不同的遗传变异可能导致不同的PCOS亚型，这为PCOS的细化分型、风险预测提供了新思路。近年来关于LHCGR基因的研究进展还包括表观遗传学研究，有研究人员在PCOS小鼠模型中检测了关键易感基因的甲基化状态，发现在这些小鼠的卵巢中LHCGR基因呈低甲基化状态，提示了LHCGR基因的异常甲基化在PCOS的发病机制中起作用^[23]。

卵泡刺激素受体(Follicle stimulating hormone receptor, FSHR)基因位于染色体2p21，含10个外显子和9个内含子。FSHR位于卵巢颗粒细胞表面，属于G蛋白耦联受体1家族，包含跨膜、胞内、胞外结构域。FSH作用于FSHR，参与类固醇合成、卵母细胞成熟和卵泡发育，在人类生殖过程中起重要作用。基于PCOS患者的基本特征是卵泡发育障碍，目前已开展了大量探索FSHR多态性(p.Thr307Ala和p.Asn680Ser)的研究，研究结果并不一致。多数研究不一致的原因可能因为样本量过小，但2项大型研究发现FSHR多态性与血中FSH水平相关，与PCOS发病无关^[24,25]，另一项样本数量仅次于前二者的研究却在韩国女性中发现p.Thr307Ala和p.Asn680Ser与PCOS显著相关，3项大型研究的结果差异提示了种族背景在PCOS遗传学研究中的重要性^[26]。此外，针对中国女性的GWAS研究提出FSHR基因是PCOS的易感基因，尤其是位于内含子区域的SNP rs2268361与中国妇女PCOS发病相关，这一结果也在欧洲人群中得到验证^[18,27]。Mutharasan等^[21]还发现FSHR基因SNP rs1922476和欧洲人群PCOS发病有很强的相关性，但这些SNP的功能学意义尚未明确。2015年Day等^[28]发现，位于染色体11p14.1，且靠近卵泡刺激素β亚基(follicle stimulating hormone subunit beta, FSHB)基因编码区域的SNP rs11031006与欧洲人群PCOS发病相关，此后Tian等^[29]在中国女性中进行的重复研究也证实了这一观点。虽然FSHR基因多态性和FSHB基因多态性是否在PCOS发病中协同发挥作用仍是未解之谜，但这些研究证实了促性腺激素的调控异常在PCOS的病理生理学机制中的重要作用。

GWAS研究在PCOS遗传学研究中的应用不仅提示了促性腺激素相关基因，如LHCGR基因、FSHR基因和FSHB基因在PCOS发病中的重要作用，而且还提出了一些功能尚不十分明确的易感基因，如THADA基因、DENND1A基因、C9orf3基因、RAB5B基因、TOX3基因、YAP1基因、HMGA2基因和ZNF217基因等，对这些易感基因在PCOS发病机制中的作用还知之甚少。Cui等^[22]对PCOS各临床表型和遗传位点进行关联分析，发现LHCGR基因、C9orf3基因与稀发排卵相关，C9orf3基因也和高雄激素血症相关，THADA基因、DENND1A基因、C90rf3基因与卵巢多囊样改变相关，但上述基因变异如何导致不同临床表型的机制仍不清楚。也有学者提出，众多易感基因可能构成复杂的信号转导网络，从而调控CYP17A1基因表达和雄激素的合成^[30]，但这些假设有待大量的机制研究来验证。故GWAS研究依然存在一定的局限性，首先，GWAS研究依赖统计分析，所以容易出现假阳性及假阴性结果；第二，GWAS研究发现易感位点，而不是致病基因，这给研究者的分析带来一定困难；第三，多数发现的易感位点并不位于已知的开放阅读框；第四，GWAS研究难以发现罕见变异和基因结构变异等，易导致遗传缺失现象(missing heritability)^[11]。因此，需要不同种族以及更大规模的验证人群，后续还需要功能学实验证实易感基因的作用及机制，也需要进行拷贝数变异、罕见变异、基因甲基化状态、可变剪接等其他遗传变异形式的研究以全面理解PCOS的遗传机制。

研究者发现非肥胖PCOS患者常表现为下丘脑促性腺激素释放激素(gonadotropin-releasing hormone, GnRH)分泌脉冲频率改变，作用于垂体GnRH受体，使垂体LH分泌过多，FSH分泌不足，促进卵巢泡膜细胞分泌雄激素，影响卵泡发育，并通过降低孕酮减少对GnRH分泌的抑制，进一步增加GnRH分泌脉冲频率^[31]。GnRH受体(GnRHR)基因位于染色体4q13.2，含3个外显子。GnRHR是一种G蛋白耦联受体，主要表达于垂体前叶，GnRH作用于GnRHR后，GnRHR与G蛋白结合，激活磷脂酰肌醇通路，促进LH和FSH的分泌^[32]。Chen等^[33]研究发现GnRHR基因SNP rs12644822C>T、rs3756159C>T和rs13138607C>T的CC＋CT基因型增加PCOS发病风险，而且提示带有该基因型的女性接受体外受精——胚胎移植术治疗结局不佳，单体型分析发现单体型TCC、CCC和CCT增加PCOS发病风险，单体型TTT、TCT和TTC降低PCOS发病风险，但上述遗传多态性影响GnRH介导的信号转导通路的具体机制仍需进一步研究。Caburet等^[32]对3个患PCOS的姐妹进行全外显子测序发现，GnRHR基因第1个编码外显子存在错义突变rs104893836(p.Q106R)，应用Sanger测序对该家系所有成员进行验证发现，3个受累姐妹均为纯合子，而其健康父母均为杂合子，据此推测下丘脑-垂体轴同样在PCOS的发病中发挥一定作用，但由于p.Q106R在人群中的等位基因频率约为0.4%，故该变异也许仅能解释小部分患者的发病机制。此外，虽然有研究发现p.Q106R能降低FSHB基因启动子对GnRH的敏感性，但下丘脑-垂体轴和PCOS的因果关系仍有争议，GnRH分泌脉冲频率异常的根由是原发性还是继发于高雄激素血症尚不明确，要想探索GnRHR基因变异和PCOS的直接联系还需更多的研究证据。

遗传技术的新进展使研究者在鉴定PCOS易感基因方面取得了巨大的进展，但由于研究结果缺乏统一结论，许多易感基因和PCOS的相关性以及基因之间的相互作用仍未充分阐明。这可能是由PCOS的复杂性，诊断标准的不统一，种族差异，样本量不足，纳入研究的SNP过少，缺乏进一步的功能学研究等诸多因素造成的。此外，发现其他遗传变异形式，例如拷贝数变异、罕见变异、基因甲基化状态、可变剪接等，能帮助我们更深入地理解PCOS遗传易感性所涉及的复杂通路。鉴于迄今所取得的进展，尤其是随着GWAS发现的易感基因的增加，需要更多不同种族的人群队列来验证已发现的易感基因，也需要进一步了解其在PCOS病理生理学复杂机制中的作用，为PCOS的诊断、预防，以及远期并发症的防治提供帮助。