DNA错配修复基因MSH4/MSH5在男性不育中的作用机制与临床转化研究

《Reproductive Biology and Endocrinology》：The role of DNA mismatch repair mutS/mutL homolog genes in spermatogenesis and male infertility: a systematic review and cohort study

本研究针对男性不育的遗传病因学难题，通过系统综述和队列研究探讨DNA错配修复(MMR)基因在精子发生中的作用。研究发现MSH4和MSH5基因变异是导致非梗阻性无精子症的重要遗传因素，为男性不育的临床诊断提供了新的分子靶点。研究成果发表于《Reproductive Biology and Endocrinology》，对推动男性不育的精准诊疗具有重要意义。

　　

在全球范围内，男性不育已成为影响7.5%-12%男性的重大健康问题，其中遗传因素占不育病例的15%-30%。尽管目前已知包括克氏综合征、Y染色体微缺失等在内的多种遗传异常可导致男性不育，但仍有大量病例的分子机制尚未明确。近年来，随着基因测序技术的发展，越来越多的候选基因被证实与精子发生障碍相关，特别是参与DNA修复过程的基因。

DNA错配修复(mismatch repair, MMR)系统作为维持基因组稳定性的重要机制，主要负责纠正DNA复制过程中产生的碱基错配和小片段插入/缺失。传统上，MMR基因的缺陷与肿瘤发生密切相关，尤其是遗传性非息肉病性结直肠癌(Lynch综合征)。然而，越来越多的证据表明，某些MMR基因在减数分裂过程中也发挥着关键作用，这提示它们可能与生殖障碍存在关联。

已有研究证实MSH4和MSH5基因突变可导致小鼠和人类的生育能力下降，但其他MMR基因在男性不育中的作用尚不明确。为全面评估MMR基因家族在男性不育中的贡献，Podgrajsek等研究人员开展了一项结合系统综述和多中心队列研究的综合性工作。

研究人员采用的主要技术方法包括：通过PubMed数据库进行系统文献筛选（检索1978年至2024年10月11日期间的相关研究）；收集244例严重生育障碍男性（包括171例非梗阻性无精子症和73例严重少精子症患者）的全外显子测序数据；使用gnomAD数据库进行罕见变异筛选（人群频率<5%）；依据ACGS指南进行变异致病性分类。

系统文献筛选结果

通过系统文献检索，研究人员共识别出775项相关研究，经过严格筛选后最终纳入97项研究进行深入分析。这些研究从多个层面探讨了MMR基因在精子发生中的作用，包括基因表达研究、动物模型研究和人类遗传学研究。

分析结果显示，在9个MMR基因中，仅有MSH4、MSH5和MLH3三个基因的罕见有害变异被证实与男性不育相关。具体而言，研究人员发现MSH4基因中有12例无关不育病例携带致病变异，MSH5基因中有10例，而MLH3基因仅有2例报道。

值得注意的是，MSH4和MSH5基因在睾丸组织中呈现特异性高表达，且在不育男性中表达水平显著降低。动物实验进一步证实了这些基因的重要性：Msh4和Msh5基因敲除小鼠均表现为完全不育，睾丸重量显著减轻，精子发生阻滞在减数分裂粗线期前期。

队列研究遗传分析结果

在244例严重生育障碍男性的队列中，研究人员鉴定出7例携带MMR基因罕见有害变异的个体。其中，1例患者携带MSH4基因的两个致病性变异（c.1392delG和c.2261C>T），另1例携带PMS2基因的致病性变异（c.211_214delAATG）。此外，还发现了MSH5、MSH2、MLH1和PMS1基因的可能致病性变异。

临床数据显示，这些携带MMR基因变异的患者均表现为严重的生精障碍，其中6例为无精子症，1例为严重少弱畸精子症（精子浓度<5×10⁶/ml）。睾丸体积和促卵泡激素(FSH)水平在不同患者间存在差异，反映了生精障碍的异质性。

MSH4和MSH5的核心作用

本研究提供了充分证据支持MSH4和MSH5作为男性不育主要致病基因的地位。从功能角度而言，MSH4和MSH5在真核生物中形成异源二聚体复合物，通过稳定霍利迪连接体(Holliday junction)和促进减数分裂I期的交叉形成，确保染色体的正确分离。这一机制解释了为什么这些基因的缺陷会导致减数分裂阻滞和完全性无精子症。

在人类研究中，目前已报道的MSH4和MSH5致病变异病例数分别为12例和10例，加上本研究中新发现的病例，进一步强化了这些基因与男性不育的关联。值得注意的是，本研究中发现的MSH4 c.2261C>T (p.Ser754Leu)变异此前已在西班牙和伊朗人群中被报道，提示该变异可能在不同人群中反复出现。

其他MMR基因的潜在作用

尽管MLH1、MLH3和PMS2基因敲除小鼠也表现出不育表型，但人类研究中支持这些基因直接导致男性不育的证据相对有限。目前，这些基因的主要临床意义仍与癌症易感性相关，特别是Lynch综合征。

研究人员指出，MLH1-MLH3复合物与MSH4-MSH5复合物在减数分裂过程中存在功能互动。MSH4-MSH5异源二聚体能够刺激MLH1-MLH3复合物的核酸内切酶活性，从而促进交叉形成的最终步骤。这种功能上的协同作用解释了为什么这些基因的缺陷可能导致类似的生精障碍表型。

关于PMS2基因，小鼠研究表明其缺失会导致精子数量减少和形态异常，但程度较其他MMR基因为轻。有研究认为PMS2的主要功能可能是稳定MLH1蛋白在睾丸中的水平，而非直接参与减数分裂过程。

临床意义与展望

本研究结果表明，MSH4和MSH5基因检测应当纳入男性不育的临床诊断流程，特别是对于非梗阻性无精子症且组织学证实为减数分裂阻滞的患者。建立包含这些基因的遗传筛查panel将有助于提高男性不育的分子诊断率。

此外，MMR基因与癌症的已知关联提示我们应当关注不育男性的长期健康管理。流行病学研究已发现不育男性癌症发病率升高的现象，这可能部分归因于DNA修复机制的共同缺陷。因此，对于携带MMR基因变异的不育男性，应考虑进行适当的肿瘤筛查和遗传咨询。

研究局限性

本研究存在若干局限性：首先，变异的致病性评估主要基于生物信息学预测和动物模型数据，缺乏功能性验证实验；其次，新发现的PMS2致病变异与癌症风险的关联尚未通过临床随访确认；最后，研究人群主要来自巴尔干地区，结果的普适性需在其他人群中进一步验证。

结论

本研究通过系统性的证据评估和大规模临床队列分析，确立了MSH4和MSH5在男性不育遗传病因中的核心地位。这些基因的检测对于无精子症患者的分子诊断具有重要临床价值。虽然其他MMR基因在男性不育中的作用尚待进一步研究，但它们可能通过影响精子DNA修复和基因组完整性间接参与生育调节。未来研究应关注MMR基因在生殖-肿瘤共患病机制中的双重作用，为男性不育的全面管理提供新见解。