TBPL2基因在雌性生殖发育和生殖障碍疾病发病中作用的研究进展

李佳霖 杨萍 秦莹莹 赵涵

(山东大学附属生殖医院，山东 济南 250000)

TATA盒结合蛋白样2(TBPL2)，在脊椎动物的卵母细胞中高表达[1]，作为卵母细胞中特异的通用转录因子，参与卵母细胞中特异性基因的表达，在雌性脊椎动物卵母细胞发育中发挥重要作用[2-3]。TBPL2基因突变可引起卵泡发育缺陷、卵母细胞成熟障碍和卵巢功能低下等，均能导致女性不孕[1]。本文着重介绍了TBPL2基因及其蛋白产物的结构和功能，总结了该基因在雌性脊椎动物生殖发育中的重要作用及其突变导致的生殖障碍疾病的主要研究进展。

1 TBPL2的概述

1.1 TBPL2蛋白的结构

TBPL2基因位于人类第14号染色体，包含7个外显子和6个内含子[4]，其编码的蛋白质包含一个C端结构域和一个N端结构域，是TBP家族中的第3位成员，在雌性脊椎动物的卵巢尤其是卵母细胞中特异性高表达[3,5]。在对TBP和TBPL2的结构进行对比时发现，它们的C端核心结构域相似性高达93%，都可折叠成马鞍形结构，其凹陷处可与DNA双螺旋的小沟结合[6-7]。而TBPL2的N端结构域与TBP仅有15%的相似性。在对不同物种之间TBPL2结构进行比较后发现，TBPL2的C端结构域高度保守，而N端结构域的长度和序列差别很大，具有物种特异性，但也有部分序列存在一定的相似性，比如第93～104位氨基酸间的区域高度保守，提示该区域可能具有重要的功能[3,8]。

1.2 TBPL2调节基因转录的作用机制

鉴于TBP中构成DNA结合域的氨基酸残基和TBPL2核心区域的氨基酸残基相似度很高，有研究者推测TBPL2可能也参与了RNA聚合酶Ⅱ(PolⅡ)的转录。PolⅡ的通用转录因子包括TFⅡA、TFⅡB、TFⅡD、TFⅡE和TFⅡF，它们与PolⅡ一起形成起始前复合物(PIC)[9]。PIC的形成通常始于TFⅡD对于启动子的识别。TFⅡD是由多个蛋白质组成的复合物，包含TBP和14个TBP结合因子(TAF)，其中TBP可以识别并结合启动子中的TATA盒[5]。TBPL2作为TBP的同源蛋白也可以与TATA盒结合，但凝胶过滤分析的结果表明TBPL2与TFⅡD的相对分子质量差别比较大，提示TBPL2与TBP有着不完全相同的启动子识别途径[3]。比如TBP可以识别不含有TATA盒的启动子，因此具有更广泛的转录起始位点，而TBPL2更倾向于驱动启动子中的TATA样基序[10-11]。此外，与TBP和TFⅡD相互作用不同，在体外实验中，TBPL2已经被证实可以与TATA盒以及TFⅡA和TFⅡB相互作用形成转录复合物共同调控PolⅡ的转录[11-12]。因此，TBPL2作为转录因子调节脊椎动物卵母细胞和早期胚胎中特异性基因的转录，在卵母细胞成熟以及早期胚胎发育过程中均发挥重要作用。

2 TBPL2基因在卵母细胞发育中的作用

TBPL2作为转录因子在小鼠卵母细胞中可以取代TBP参与PolⅡ的转录。在小鼠卵泡发育过程中，卵母细胞的体积不断增大，此时卵母细胞内累积了大量的母源RNA和蛋白质，以确保卵母细胞成熟、受精和早期胚胎发育。成熟的卵母细胞均处于转录沉默状态。受精后，基因组仍保持一段时间的沉默状态，直到受精卵中合子型基因被激活。有研究发现TBP在原始卵泡的卵母细胞中表达，在卵母细胞发育的后续阶段则检测不到，受精后含量再次增加并在合子型基因激活后达到顶峰[12]。与TBP相比，TBPL2在发育的卵母细胞中高表达，在卵母细胞恢复减数分裂并发育成熟过程中，TBPL2蛋白逐渐被降解，受精后在胚胎中几乎检测不到[13-14]。鉴于发育阶段的卵母细胞中TBPL2蛋白含量丰富而TBP表达缺失，推测TBPL2可能是取代TBP调控PolⅡ的转录[14]。此外，TBPL2在卵泡发育过程中主要位于卵母细胞的细胞核中，由此可以推测出TBPL2在卵母细胞发育阶段的转录启动和调控中起着特殊的作用[13]。

2.1 TBPL2基因缺失对卵母细胞发育的影响

为了解TBPL2在生殖细胞发育过程中的作用，有研究通过基因编辑小鼠模型发现，TBPL2基因纯合缺失的小鼠能够存活，其外观、大小和体质量与正常小鼠无异，雄性小鼠的生育能力并未受到影响，但雌性小鼠由于卵泡发育缺陷表现为不孕[1]。为找到导致此类雌鼠不孕的原因，对TBPL2基因缺失小鼠的卵巢进行研究发现，其皮质内存在大量发育迟缓的小卵泡，大部分处于次级卵泡阶段，这些次级卵泡中的卵母细胞大多透明带缺失，细胞核失去正常形态[1]。这些结果表明TBPL2对卵泡发育和卵母细胞的成熟至关重要。

2.2 TBPL2基因缺失对卵母细胞中染色质凝缩和基因表达的影响

TBPL2基因缺失的卵母细胞核中染色质结构异常，未达到完全浓缩状态。这类卵母细胞中与染色体构象密切相关的基因表达也下调，如H1foo、Dnmt1等[1]。此外，卵母细胞中PolⅡ的活性下降，H3K4me3表达水平也显著降低[1]。上述结论提示TBPL2基因缺失破坏了卵母细胞中与转录相关的染色质的正常结构，使染色质重塑和凝聚异常。

TBPL2基因缺失可导致卵母细胞中特异性基因表达产物的水平上调或下调。比如生长分化因子9(GDF9)和骨形态发生蛋白15(BMP15)是卵母细胞特异性生长因子，在大多数哺乳动物卵母细胞的发育中起关键作用。GDF9缺失的小鼠由于初级卵泡发育受阻而不孕，BMP15缺失的小鼠生育能力下降，表现为排卵障碍和受精率降低[15]。BMP15和GDF9基因突变可导致卵母细胞和卵丘细胞功能受损，影响卵母细胞成熟、受精和卵丘扩展[16]。因此，TBPL2基因缺失后卵巢中GDF9和BMP15的表达水平下降，破坏了卵母细胞和颗粒细胞之间的双向交流，影响颗粒细胞增殖与分化，阻碍卵母细胞生长与成熟[15-16]。

3 TBPL2基因在早期胚胎发育中的作用

由于低水平的TBPL2持续存在于胚胎发育过程中，因此TBPL2可能在胚胎发育过程中发挥特殊的作用。早期研究通过检测TBPL2-/-胚胎中基因的表达，发现部分基因的表达水平下降。然而在注射外源性TBPL2 mRNA后大部分表达下调的基因恢复正常，该结果提示TBPL2参与胚胎中部分基因的转录[2,17]。

斑马鱼mespa基因编码的蛋白质作为转录因子参与胚胎造血系统发育相关基因的转录调控，该基因表达缺失会导致胚胎造血系统发育过程的异常[18]。有文献报道TBPL2基因缺失时，斑马鱼胚胎也表现出造血系统发育过程异常，如果在此类斑马鱼胚胎中注入外源mespa蛋白则能使胚胎造血系统发育恢复正常[18]。研究者在对该现象的发生机制进行进一步探索时发现，TBPL2作为转录因子可识别mespa基因的启动子，并与TBP结合因子3(TAF3)相互作用共同调控该基因的转录[19-20]。因此TBPL2基因缺失时，mespa基因表达下降，继而导致胚胎造血发育和胚胎干细胞造血分化过程异常。TBPL2还参与非洲爪蟾原肠胚的形成，TBPL2的存在可以部分弥补TBP缺乏带来的负面影响，而在TBP表达水平正常的情况下，TBPL2的表达又不会干扰胚胎的正常发育[21-22]。

4 TBPL2基因突变对女性生殖功能的影响

4.1 TBPL2基因突变与卵母细胞成熟障碍和卵巢功能下降的关系

目前已报道的TBPL2基因突变有两种，一种是TBPL2基因纯合错义突变c.895T>C，另一种是TBPL2基因纯合剪接突变c.788+3A>G。这两种突变均为隐性遗传模式，均导致卵母细胞发育相关基因的表达下降，继而导致卵母细胞成熟障碍和卵巢功能下降。

本课题组在两个卵母细胞成熟障碍的不孕家系当中，发现了TBPL2基因纯合剪接突变c.788+3A>G，该纯合突变导致了以卵母细胞成熟障碍和早期胚胎发育缺陷为特征的女性不孕。进一步探索TBPL2基因突变的致病机制时发现，该突变使TBPL2基因第4个外显子跳跃缺失，从而导致翻译提前终止，产生一个由233个氨基酸组成的截短蛋白[23]。该蛋白由于缺少C端核心结构域，导致卵母细胞中特异性基因的表达异常，其中包括使卵子发生(SEBOX、MARF1)[24-25]、卵母细胞与颗粒细胞间信息交流(OOSP1、ZP)[26-27]和颗粒细胞增殖(BMP15)[28]等相关基因的表达显著下调。但HE等[29]报道的该突变所致的临床表现与本课题组研究对象的临床表现略有不同，其在3个原发性不孕家系中也发现该突变，并均表现为卵巢储备功能下降(DOR)，因此HE等[29]认为TBPL2基因可作为DOR和原发性不孕的遗传标记。

WANG等[30]在一个以卵母细胞生发泡(GV)期阻滞为特征的原发性不孕家系中发现了TBPL2基因纯合错义突变(c.895T>C；p.C299R)。该突变可以使TBPL2蛋白的稳定性和转录活性下降，影响其转录起始功能，降低卵母细胞中ZP3、H2BC等基因的表达，导致卵母细胞停滞于GV期。

4.2 TBPL2基因突变与卵巢早衰的关系

TBPL2基因敲除的小鼠与卵巢早衰(POF)患者在生殖方面的临床特征相似，因此有研究者认为TBPL2基因突变可能导致POF。全基因组关联分析研究发现，人类14号染色体上的基因突变可能与POF相关[31]。ABOURA等[32]将研究中发现的拷贝数变异(CNV)与基因组变异数据库中表型正常人群的CNV比较，结果显示8个染色体区的CNV差异有显著统计学意义，其中染色体14q32.33区域发现了6种基因(SIVA1、AKT1、ZBTB42、INF2、ADSSL1、MGC23270)，该报道提示14号染色体上可能存在POF致病的候选基因，而TBPL2基因也位于人类的第14号染色体上。曹金翔[33]的研究认为TBPL2基因编码区的突变可能与中国汉族女性的POF发生无关，该研究除了发现已知的单核苷酸多态性位点外，没有发现其他突变。该研究的POF实验组与正常人群对照组基因型分布和等位基因频率也无明显差异。造成该结果的原因可能有以下几点：一方面许多POF候选基因在不同种族之间表现出显著的频率差异，该研究的人群局限于中国汉族女性且样本量不足，因此得到的结果不能用来解释TBPL2基因在其他种族POF患者中的作用；另一方面TBPL2基因致病突变位点位于基因的非编码区，而非编码区(如启动子、内含子或其他调节区域)并未包含在此次检测范围内。因此可能需要在包括其他种族群体在内的更大样本量中研究TBPL2基因与POF的相关性。

5 TBPL2基因突变患者的临床表现及治疗

对已报道的TBPL2基因突变患者的临床特征进行总结，发现这类患者通常因不明原因导致原发性不孕多年而就诊，她们的基础促卵泡生成素水平高于正常，部分患者基础窦卵泡数偏少，卵巢功能低于同龄人群；在接受体外助孕促排卵治疗过程中有些患者卵巢反应慢，用药量大；获卵后表现为卵母细胞成熟障碍、受精障碍或早期胚胎发育停滞等，尽管采用卵母细胞体外成熟培养或卵泡浆内单精子注射助孕仍不能获得优质胚胎[34]。

目前临床上最常用的改善卵母细胞成熟度的方法，如改变促排卵方案、延长人绒毛促性腺激素作用时间、卵母细胞体外成熟培养等治疗本病效果均不是特别理想，因此大部分患者仍然需要依靠供卵获得成功妊娠[35]。

6 小结

TBPL2作为脊椎动物卵母细胞中特异性表达的转录因子，在卵母细胞成熟过程中起关键作用。TBPL2基因突变可导致卵泡发育缺陷、卵母细胞成熟障碍，引起POF或原发性不孕，该类患者需借助供卵治疗以获得期望结局。

利益冲突声明：所有作者声明不存在利益冲突。

ConflictsofInterest： All authors disclose no relevant conflicts of interest.

作者贡献：赵涵和秦莹莹参与论文的选题；李佳霖、赵涵、杨萍和秦莹莹参与论文的写作与修改；所有作者均阅读并同意发表该论文。

Contributions： The topic of the review was disigned byZHAOHanandQINYingying. The manuscript was drafted and revised byLIJialin,ZHAOHan,YANGPing, andQINYingying. All the authors have read the last version of the paper and consented submission.