《Journal of Translational Genetics and Genomics》：Genetic defects in programmed meiotic DNA double-strand break formation and repair in human infertility
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不孕症已成为全球重大公共卫生挑战，约影响17.5%的育龄夫妇。其病因高度异质，而遗传异常估计占病例的30%–50%。在有性生殖的减数分裂中，由程序性DNA双链断裂（double-strand break, DSB）发起并经由同源重组（homologous re
不孕症已成为全球重大公共卫生挑战，约影响17.5%的育龄夫妇。其病因高度异质，而遗传异常估计占病例的30%–50%。在有性生殖的减数分裂中，由程序性DNA双链断裂（double-strand break, DSB）发起并经由同源重组（homologous recombination, HR）完成的修复过程，是同源染色体联会、交叉（crossover, CO）形成与染色体准确分离的分子基础。过去十年，随着下一代测序（next-generation sequencing, NGS）的发展，参与减数分裂DSB形成与修复的不育相关基因谱显著扩展，该通路被确立为人类生殖障碍的关键遗传决定因素。DSB形成与修复异常会削弱同源重组与减数分裂进程，导致配子发生缺陷及广泛生殖表型：男性主要体现为程序性DSB形成与修复异常相关的非梗阻性无精子症（non-obstructive azoospermia, NOA）；女性则呈现更早谱系的生殖障碍，包括早发性卵巢功能不全（premature ovarian insufficiency, POI）、复发性流产（recurrent pregnancy loss, RPL）、受精失败、胚胎发育阻滞、复发性葡萄胎（hydatidiform mole）以及辅助生殖技术（assisted reproductive technology, ART）不良结局。研究人员系统综述了程序性减数分裂DSB形成与修复相关遗传缺陷的前沿进展，重点阐释疾病相关基因的分子功能、动物模型与人类遗传证据、性别依赖性基因型-表型关系及其临床意义，为不明原因不孕症的分子诊断、遗传咨询与精准生殖医学提供依据。
INTRODUCTION
不孕症是影响全球约17.5%育龄夫妇的公共卫生问题，遗传异常占比约30%–50%。减数分裂通过一次DNA复制与两次连续分裂产生单倍体配子；其核心事件是以程序性DNA双链断裂（DSB）起始的同源重组（HR）。DSB的时空调控、末端加工与高保真修复由高度保守蛋白网络完成，任一环节缺陷均可导致联会失败、交叉（CO）缺失、染色体非整倍体与配子发生停滞。本综述聚焦程序性减数分裂DSB形成与修复基因，整合分子机制、人类遗传证据与临床转化价值。
FORMATION AND REPAIR OF MEIOTIC PROGRAMMED DNA DOUBLE-STRAND BREAKS
程序性DSB与同源重组修复是同源染色体配对、联会、交叉形成与准确分离的核心。程序性DSB发生于重组热点（recombination hotspot），热点选择由PRDM9识别DNA基序并催化H3K4me3与H3K36me3修饰，协同HELLS等染色质重塑因子开放局部染色质。DSB直接由SPO11-TOP6BL复合体催化，其定位依赖染色体轴相关pre-DSB重组体：IHO1、REC114、MEI4与MEI1、ANKRD31组装成前DSB复合体，经IHO1与HORMAD1互作锚定至未联会染色体轴。SPO11通过转酯反应切割DNA并共价结合于5’端。
DSB发生后，MRE11-RAD50-NBS1（MRN）复合体联合CtIP切除SPO11并启动5’→3’ resection，产生3’单链DNA（ssDNA）悬突；BLM、DNA2与EXO1延伸长程 resection。ssDNA先由复制蛋白A（RPA）包被，后在BRCA2、TEX15、MEILB2-BRME1、XRCC2、ZSWIM7等介导因子协助下，由RAD51与减数分裂特异重组酶DMC1替换，形成核蛋白丝并介导同源搜索与链侵入，生成D-loop中间体。多数中间体经合成依赖链退火（SDSA）或非交叉（NCO）途径修复；少数由ZMM蛋白（MSH4-MSH5、HFM1、RNF212、HEI10及SHOC1-TEX11-SPO16复合体）稳定为双Holliday接头（dHJ），最终由MutLγ（MLH1-MLH3）解析为I类交叉（class I CO）；II类交叉则由MUS81-EME1通路独立生成。
Molecular mechanisms linking aberrant DSB formation and repair to infertility
异常可归纳为三类：其一，DSB数量不足（SPO11、IHO1、REC114、MEI1功能低下）致交叉与染色体张力缺失，引发错分离；其二，DSB定位异常（PRDM9或pre-DSB复合体缺陷）使断裂偏离热点，增加结构重排风险；其三，DSB修复受损（RAD51/DMC1等异常）致持久断端、联会缺陷与减数分裂检查点失效，逃逸后产生片段化配子。
GENES INVOLVED IN DSB FORMATION AND REPAIR THAT ARE ASSOCIATED WITH HUMAN INFERTILITY
按功能分层：DSB形成端，SPO11与TOP6BL构成催化核心，人类中SPO11变异见于NOA与反复囊胚形成失败，TOP6BL双等位变异致男性NOA与女性复发性葡萄胎；MEI1为pre-DSB关键因子，双性等位变异可致NOA、复发性葡萄胎、植入失败与胚胎染色体异常；REC114、MEI4、IHO1构成pre-DSB三元复合体，REC114人类证据最充分，关联女性雄激素性葡萄胎、多原核受精与胚胎阻滞及男性NOA，MEI4新近关联POI与胚胎停滞，IHO1尚无人类致病报道但为强候选；ANKRD31调控假常染色体区（PAR）DSB分布，杂合缺失变异见于POI；HORMAD1连接轴蛋白与检查点，单一家系报道男性NOA。
DSB修复端，DMC1为中枢重组酶，双性等位LOF变异致男性NOA与女性POI/卵巢储备下降（DOR）；TEX15、XRCC2、ZSWIM7促进RAD51/DMC1装载，TEX15主要致男性严重少精/NOA，XRCC2与ZSWIM7呈双性不育表型；MEIOB-SPATA22异二聚体稳定ssDNA中间体，变异致NOA与POI。ZMM与I类交叉通路中，MSH4/MSH5（MutSγ）稳定交叉前体，MLH3属MutLγ解析酶，HFM1为ZMM解旋酶，RNF212为SUMO E3连接酶，SHOC1-TEX11-SPO16构成ZZS复合体；其中MSH4、MSH5、HFM1、SHOC1、TEX11在男性NOA或女性POI/复发性流产中均有确证或新兴证据，TEX11为X连锁特发性NOA最明确单基因病因之一，SPO16人类证据仍有限。
SEX-DEPENDENT GENOTYPE-PHENOTYPE RELATIONSHIPS
同源基因变异在两性表现差异显著：男性多为NOA与减数分裂停滞，因精子发生持续进行且pachytene检查点严格，X-Y染色体PAR重组额外受限；女性表型更广，涵盖POI、DOR、受精失败、胚胎非整倍体、复发性葡萄胎与RPL。女性减数分裂始于胎儿期并长期停滞于dictyate期，对部分重组缺陷耐受更强，但残留功能与长期基因组不稳定仍影响卵母细胞潜能。变异类型（无效/亚形态）、剂量与残余蛋白活性共同塑造表型异质性。
GENETIC TESTING STRATEGIES AND CLINICAL IMPLICATIONS
对NOA、POI、RPL、反复ART失败与不明原因胚胎异常应开展靶向panel、WES/WGS检测。解读须纳入性别依赖关系与基因阶段特异性：早期DSB基因（SPO11、MEI1、TEX11、MSH4）致NOA者显微取精成功率低，而MLH3等保留残余生精可能。女性检出可推动卵巢储备早评与生育力保存；ART前遗传判定有助于预期受精失败、胚胎非整倍体与预后分层，实现个体化生殖决策。
CONCLUSION AND PERSPECTIVES
程序性减数分裂DSB形成与修复是基因组完整性与配子发生的支柱。NGS扩展了致病基因谱，但不明原因不育仍有大量遗传基础未明，非编码、结构变异与表观调控未被充分覆盖。未来需多族群队列、长读长测序与功能验证结合，提升变异解读与基因型-表型映射精度。临床当下价值主要在于早诊、遗传咨询、取精预后与精准生殖管理，而非直接基因治疗——尤其女性减数分裂程序在胎期已定型，干预窗口极窄。整合基因组、功能与临床证据，是将减数分裂DSB遗传学推向精准生殖医学的核心路径。
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