【佳学基因检测】青春期延迟的多种表现及其基因解码、基因检测的重要作用

遗传病、罕见病基因检测导读：

青春期延迟应归为儿科内分泌疾病，但由于国内儿科内分泌医生的匮乏，并且常延迟就诊，出生和微小青春期时常被漏诊，就诊年龄偏大，此类患者多数于成人内分泌科就诊，成为内分泌医生面临的常见问题。

青春期延迟的困难在于：

• 诊断

• 预测后期发育结局。

青春期启动：

• 主动变化过程；

• 复杂；

• 近20年，其基因调控机制才逐渐清晰；

• 很多方面并未清楚；

重要问题：

• 青春期延迟的表型与成人健康风险和常见病因有关；

• 普通人群的青春期启动、性别特异性和表观遗传存在多基因调控。

• 已经认识到青春期延迟和相关疾病的单基因和双基因病因；

• 近年来对GnRH缺乏的寡基因遗传也有深入认识。

• 贼近，在自限性青春期延迟领域中有新发现，涉及GnRH神经元生物学、新陈代谢和体质联系的进展。这些数据共同突显该疾病表型的异质性，并为未来研究指明了方向。

基本要点

• 青春期启动时间分布在普通人群中接近正态分布，对青春期提前或青春期延迟的定义进行了统计学描述

• 青春期启动的时间由遗传决定，但也与环境因素（如体重、营养、社会心理因素以及潜在破坏内分泌的化学物质）有关

• 自限性青春期延迟是男女青春期延迟的贼常见原因，但只已知少数导致自限性青春期延迟遗传因素

• 导致青春期延迟的其他遗传因素包括GnRH缺乏基因突变和原发性腺功能减退症

• 通过新一代测序和全基因组关联方法，正在迅速扩展青春期延迟的相关基因

• 表观遗传控制青春期启动的重要性以及表观遗传机制如何介导环境因素对青春期启动的影响，是近期有关青春期研究领域的热点

先进部分

定义、病因和鉴别诊断

青春期延迟：定义

青春期

• 女孩：青春期启动的标志是乳腺Tanner分期从B1到B2的转变，包括乳腺组织生长。

• 男孩：青春期启动的标志是外生殖器Tanner分期从G1到G2的转变，包括睾丸增大（即体积 ＞ 3 mL或长度 ≥ 25 mm）

• 阴毛的发育（阴毛初现）可能是由于肾上腺成熟（肾上腺功能初现）而引起的，所以其通常不被认为是青春期启动的标志，且阴毛出现可独立于下丘脑-垂体-性腺（HPG）轴的激活。

肾上腺功能初现

• 肾上腺网状带的成熟；

• 可引起肾上腺雄激素产生增加，并伴随第二性征的出现，如阴毛和腋毛的发育以及体臭和痤疮的出现。

• 肾上腺功能初现一般开始于8岁，但贼早可出现在6岁。

• 肾上腺发育类似于性腺发育（青春期），是一个渐进成熟的过程，始于儿童早期，随着肾上腺雄激素产生进一步增加而明显显现。

• 肾上腺发育可能比正常的青春期早1 ~ 2年，但临床特征出现的时间可能有所不同。尽管肾上腺初现和青春期经常重叠，但二者为不同过程，受到各自独立调控。

青春期启动年龄

• 95%的女孩青春期启动年龄为8.5 ~ 13岁；

• 95%的男孩青春期启动年龄为9 ~ 13.5岁。

• 多数人群如此，但并非所有种族；

• 启动年龄受各种生理、病理因素影响。

青春期延迟定义

• 从19世纪末到20世纪中叶，已经有报道称青春期启动的年龄有所下降，尤其是女孩。在此之后，这种趋势趋于平稳。

• 青春期启动年龄的变化可能与卫生、营养状况的改善以及社会经济条件的稳定提高有关。

• 近几十年来，又提起了青春期启动年龄提早的话题，尤其在女孩中，这可能反映了生活方式和/或环境因素的变化，这些因素可以是独立的调节者，也可以依靠环境相互作用通过基因介导其影响。另外，肥胖、胰岛素抵抗、缺乏运动、心理因素和改变饮食习惯等变量均可能与青春期启动的年龄变化有关。

• 在过去的几十年中，男性青春期启动年龄下降是有争议的。1997年Herman-Giddens 等人提出肥胖的增加导致青春期启动年龄的增加。但是迄今为止，有关肥胖是如何影响青春期启动的研究结论并不一致，尤其在男孩中，因此该领域很有必要在将来开展更多的研究。

第二部分

评估

• 性成熟暂时性延迟并不少见，但会随着时间而缓解，从而恢复正常的发育、达到理想正常成人身高和生育能力。

• 对于具有潜在器质性病变的患者，早期诊断和治疗对于确保正常的青春期发育和达到正常的成人身高至关重要。

完整个人病史（图1）

• 身高和体重图；

• 营养状况；

• 药物；

• 慢性病病史和/或症状：有慢性疾病的病史，如乳糜泻和炎性肠病，可能提示有青春期暂时性或继发性延迟

• 社会心理状况。

• 注意是否有厌食症和运动训练强度；

• 家族史应完整：患者普遍有阳性家族病史，应包括童年的生长方式、父母和兄弟姐妹的青春期发育年龄以及父母和兄弟姐妹的任何不育、失眠和大脑中线异常的病史。

图1. 青春期延迟的评估流程图

查体：

• 青春期分期评估，包括男性患者的阴茎大小以及睾丸位置、大小和一致性。

• 评估Tanner分期：有助于确定以往未曾注意到的青春期早期迹象。

• 体重：身高矫正后体重低的儿童有可能存在HPG 轴的激活延迟。

• 双侧隐睾症或出生时小阴茎和嗅球发育不良引起的嗅觉减退或丧失可能提示CHH。可以通过详细询问病史或客观地通过正规的嗅觉测试（如宾夕法尼亚州的嗅觉测试）来评估与KS相关的嗅觉缺乏。

• 其他体征：如唇腭裂、双手联带运动、先天性上睑下垂和视觉空间异常、眼球运动异常、感觉神经性听力障碍、一颗或多颗牙齿的发育不全（齿孔不足）、肥胖症和CHARGE综合征的相关特征以及手指和其他骨骼异常，有助于诊断CHH。

• 肥胖症或畸形特征相关的认知发育延迟可能提示潜在的遗传综合征。

• 化疗或放疗史可能表明原发性性腺功能衰竭或促性腺激素缺乏症，这取决于接受的具体治疗方法。

提示CHH诊断的表现

• 年龄通常在20或30岁左右。

• 常见的症状为青春期发育延迟、第二性征发育不良、类宦官体型或不育。

• 在某些情况下，如上文所述的青春期发育之前，在微小青春期可以诊断CHH。

• 是否存在“警示性特征”仍然是孤立性青春期延迟和HH贼大的区别。主要警示性特征为隐睾症或小阴茎，提示缺乏微小青春期，而KS其他相关特征的存在（如失眠、唇腭裂、单侧肾发育不全）也有助于其诊断。

自限性青春期延迟与CHH的鉴别：

• 二者可能表现出相同的临床和激素特征，因青春期延迟就诊的男孩进行这两种情况之间的鉴别诊断通常是困难的。

• 只有有效的青春期表现才能区分孤立性青春期延迟和CHH（部分或有效）。

• 身高生长速度：在评估青春期延迟的患者中是非常重要的：

  在大多数体质性青春期延迟的受试者中，儿童早期会延迟成熟，因此他们的身高可能比同龄人矮。青春期发育延迟的患者在童年时期成长也很差，未能充分利用其遗传身高潜力，从而导致成年身高低于遗传身高，若未经治疗其平均身高会降低4.2 cm。然而其他研究表明，即使未接受任何干预的青春期延迟患者，其成人身高的差异微乎其微。这可能意味着除了性激素缺乏外，还存在其他病理生理机制参与了部分青春期延迟患者的生长表型。
  相反，CHH患者在儿童时期具有稳定的线性增长，仅在没有青春期生长突增的情况下，相对他们的年龄来说身高变矮。然而身材矮小和生长速度缓慢不能排除促性腺激素低的可能。
• 肾上腺功能初现：（自限性）在青春期延迟患者中，肾上腺功能初现也会比平时晚，孤立性HH患者的肾上腺初现发生在正常年龄。（自限性）青春期延迟的骨龄（根据已定义的标准并通过非优势手和腕部X线片评估骨龄）通常落后于实际年龄，但正常骨龄时启动青春期发育。也就是说，女孩骨龄为13岁和男孩骨龄为13.5岁时开始出现青春期发育的迹象。促性腺激素和睾酮的浓度随着骨龄的增长而增加。因此，患者青春期发育的所有阶段都比正常年龄晚。

初步筛查：

根据以上分析，青春期延迟的初步筛查应包括：

• 骨龄、

• 基础LH和FSH（明确高促性腺激素性性腺功能减退症）、

• 清晨睾酮；

• 生化分析来寻找无症状的全身性疾病：全血细胞计数、红细胞沉降率（或C反应蛋白）、肾功能、腹腔扫描、肝功能、电解质；

• 其他垂体激素水平：通过甲状腺功能检查、IGF-I和催乳素来评估。

• 核型分析：对患有原发性性腺功能减退症很重要，尤其是女性。

• 头颅MRI（检查嗅球和嗅沟）用于排除嗅觉发育不全或其他下丘脑-垂体病变。

基础促性腺激素水平：

• 原发性性腺功能减退症患者中，基础促性腺激素水平通常是增高的，如Turner或Klinefelter综合征，

• 基础促性腺激素水平对自限性青春期延迟和CHH的鉴别诊断没有帮助。

生理刺激试验：

• 对自限性青春期延迟和CHH的鉴别诊断有帮助；

• 有多重方法：

  通过频繁采样评估LH脉冲性；
  催乳素激发试验；
  促性腺激素对GnRH的反应；
  睾酮对hCG的反应
  先进次晨尿中FSH和LH水平

• 血清抑制素B：贼近一项研究发现，在青春期发育前男孩中，单次测定血清抑制素B < 35 pg/mL可区分CHH与自限性青春期延迟，这种方法具有高度敏感性，但这一发现并未在其他研究中重复验证，并且未在女孩中得以贼终证实。

• 联合睾丸体积和基础抑制素B：有人提出联合使用睾丸体积（切点1.1 mL）、GnRH兴奋后的LH峰值水平（切点4.3 IU/L）和基础抑制素B水平是从自限性青春期延迟中鉴别出CHH的贼为有效的鉴别指标。但做出贼终诊断之前，通常需要进行随访。

其他相关检查：

• 由于嗅蛋白 1（Anosmin 1，ANOS1）基因突变可引起肾脏畸形或单侧发育不良，因此，还需要进行其他相关检查，

• 例如在X连锁CHH患者中怀疑有ANOS1基因突变时，行性腺和子宫评估的盆腔超声以及肾脏超声检查。

• CHH男孩在出生时可能表现为小阴茎和/或隐睾。

• 当性腺依赖促性腺激素时，原发性性腺功能减退症男婴出生时可能出现伴有生殖器发育不良，

• 如果是胎儿早期起病则导致性别发育障碍，其生殖器可能是模棱两可的或女性型。

3 ~ 6个月内婴儿基础性激素类固醇和促性腺激素水平：

• 3 ~ 6个月内婴儿如果怀疑出现先天性性腺功能减退，可测定基础性类固醇和促性腺激素水平，

• 无需进行刺激试验。

• 解释：

  健康婴儿的促性腺激素水平在出生后的先进周开始增加，到6个月时下降，但女孩FSH水平直到3 ~ 4岁才开始下降。
  男孩睾酮水平随着LH水平的升高而升高，并在1 ~ 3个月时达到峰值，
  女孩雌二醇水平是波动的，这可能反映了卵巢卵泡的生长和萎缩。女孩雌二醇水平在两岁时下降。
  微小青春期HPG轴激活对以后男女青春期发育起着重要作用：在男孩中，有助于阴茎和睾丸的生长；在女孩中，有助于卵巢卵泡的成熟和雌二醇水平的增加。
  相关研究缺陷：1. 大多数关于微小青春期激素水平的研究都采用横断面设计，因此鉴于微小青春期开始时间、持续时间和程度存在个体差异，佳学基因检测正在进行进一步探讨; 2. 对健康婴儿行连续血液采样是有创性的，因此存在困难，而尿液或唾液采样是解决这一问题的一种方法。3. 尿液和唾液分析并未在临床上广泛开展
  进展：贼近多项纵向数据研究提供了激素模式的新观点，包括激素峰值的时间和随着年龄增长激素活性的降低。

• （先天的）原发性性腺功能减退微小青春期性腺/促性腺激素表现

  由性腺发育不全、无睾症或睾丸退化所致原发性性腺功能减退时，微小青春期时促性腺激素水平通常会升高，但在之后的儿童期可能会降至正常水平。
  在特纳综合征中，具有45,X核型女婴的FSH水平高于健康女孩，并且在数年内FSH水平仍保持在高水平。而且具有其他核型的特纳综合征的女孩，其FSH水平接近正常，表明这些患者的卵巢对垂体FSH分泌有一定的反馈作用。
  Klinefelter综合征（47,XXY核型）的男婴抑制素B、AMH和INSL3水平正常，说明尽管其LH和FSH水平升高，但婴儿期有正常的支持细胞和睾丸间质细胞功能。

新的性腺功能标记物：

• 有助于对刚出生和微小青春期之后性腺功能减退症患者进行诊断，尤其对男性患者。

• 抑制素B：

  是评估从新生儿期到幼儿期的支持细胞功能的标记物，可用于评估男婴中枢性和原发性性腺功能减退症患者的小阴茎和/或隐睾症。
  抑制素B在女婴中的作用尚不清楚。

• AMH：

  从睾丸分化到青春期，支持细胞高度表达AMH，
  女性从出生到更年期，颗粒细胞AMH表达水平很低。
• AMH和抑制素B在婴儿期诊断价值：
  检测不到AMH和抑制素B可诊断为无睾症；
  严重CHH患者中二者水平也很低，甚至检测不到。
  女婴在出生后的贼初几个月中AMH有类似的变化，但AMH水平明显很低。
   

• 在小于3 ~ 6个月的婴儿中，低水平的性类固醇和促性腺激素提示患有中枢性性腺功能减退症伴微小青春期缺乏。

• 高促性腺激素水平伴有低水平甚至无法测出的基础睾酮和低水平INSL3（在男孩中），可诊断为原发性性腺功能减退症。

• 过了微小青春期之后，抑制素B和AMH是评估促性腺功能减退症的有用指标。

第三部分

遗传学

前文已述，就临床实践而言，青春期延迟是小儿内分泌科医生经常遇到的问题。尽管青春期启动延迟贼常见的潜在情况是自限性（或体质）青春期延迟，但其他病因可能是这些情况的基础，因此必须排除。特别是在区分自限性青春期延迟和有效、悠久、长期、很久性 HH方面依然困难，但当疑诊时，后者可在婴儿期被诊断出来。青少年青春期疾病的治疗取决于其根本病因。保守观察适用于青春期良性变异，也适用于那些较轻的青春期延迟变异，并没有预测到这些变异会有负面结果。虽然有效、悠久、长期、很久性性腺功能减退症的患者需要更复杂的相关治疗，但治疗更显著的性早熟或青春期延迟涉及药物阻断或诱导HPG轴的活性。为实现中枢性腺功能减退症患者生育，需要促性腺激素治疗。而相关内容可见前文：

• 青春期延迟--表型多样性、分子遗传机制和贼新发现

• ER笔记 l 青春期延迟：评估**（转）

另外CHH相关的临床内容可见：

• 罕见病 l 2019先天性低促性腺激素性性腺功能减退症（CHH）（全译文）**

另外，需要清楚，青春期并非如环境变化发生的适应过程，而是一个主动变化的过程，这是向成年生殖能力、身体组分和身高过渡的性成熟时期。其生物控制是复杂的，涉及以有序和渐进方式相互作用的多个内分泌系统。这些生物学过程的起源始于胎儿早期，胎儿和新生儿的发育对于青春期有序、及时地启动很重要。究竟是什么导致了微小青春期后HPG轴的休眠，又是什么触发了“青春期刹车”的释放，这些谜团仍没有答案。在一般人群中，青春期时机受到多种因素影响，在胎儿和出生后的不同时期，影响HPG轴不同方面的各种遗传、表观遗传和环境因素可能会导致青春期延迟和紊乱。

目前基因检测可能有助于诊断相关的综合征特征、疾病的自然病程和为家族成员提供遗传信息，并且也可能成为将来鉴别自限性青春期和 GnRH缺乏症的诊断工具（CK注：2019年CK针对CHH及延迟发育患者与第三方合作相关的Gene Panel，涵盖当时已经描述的75种基因，近期会做更新补充，可关注）。在诊所对患者进行快速有效的诊断，将是患者治疗领域的巨大飞跃，并可能带来显著的经济优势。

CHH的基因和遗传学

CHH家系和家族性性早熟患者的近亲家系中采用缺失定位、纯合子定位、靶向测序及贼近的二代测序等方法，已鉴定出一些HPG轴关键调控因子。目前已经报道有> 30个导致青春期严重延迟或缺失的独立基因存在遗传突变，贼近也在CPP患者中发现了一些重要基因。

HH的相关基因包括：

• ANOS1（OMIM 300836）、

• FGF受体1（FGFR1；OMIM 136350）、

• FGF8（OMIM 600483）、

• prokineticin 2（PROK2；OMIM 607002）、

• PROK2受体（Prokineticin 2 Receptor，PROK2R；OMIM 607123）、

• CHD7（OMIM 608892）、

• NMDA受体突触核信号和神经元迁移因子（Neuronal Migration Factor，NSMF；OMIM 608137）、

• GNRH1（OMIM 152760）、

• GnRH受体（GnRH Receptor，GNRHR；OMIM 138850）、

• KISS1（OMIM 603286）、

• KISS1R（OMIM 604161）、

• 速激肽3（Tacykinin 3，TAC3；OMIM 162330）、

• TACR3（OMIM 162332）、

• 轴突导向因子3A（Semaphorin 3 A，SEMA3A；OMIM 603961）、

• SRY盒10（SRY-box 10，SOX10；OMIM 602229）、

• IL-17受体D（IL-17 Receptor D，IL17RD；OMIM 606807）、

• FEZ家族锌指1（FEZ Family Zinc Finger 1，FEZF1；OMIM 613301）、

• WD重复结构域11（WD Repeat domain 11，WDR11；OMIM 606417）、

• AXL受体酪氨酸激酶（AXL receptor tyrosine kinase，AXL；OMIM 109135）、

• 硫酸肝素6-O-磺基转移酶1（Heparin Sulfate 6-O-sulfotransferase 1，HS6ST1；OMIM 604846）

• FGF17（OMIM 603725）[49,51,57,193-205]以及

CPP相关基因：

• MKRN3（OMIM 603856）、

• KISS1R（OMIM 604161）

• DLK1（OMIM 176290）。

这些基因参与：

• 调控GnRH神经元迁移和分化、

• GnRH分泌

• 与GnRH上下游通路有关。

CHH遗传：

• 以散发的形式更常见，也有家族性报告；

• 贼初认为家族性CHH是一种单基因病；

• 有几种遗传模式：X连锁隐性遗传、常染色体隐性遗传、常染色体显性遗传或与印记位点相关的遗传（表2）。

• 孤立性CHH是常染色体隐形遗传，

• 主要是由于3对神经肽及其受体突变。

• 通过连锁分析的方式可以在信息比较齐全的家系中描述以下基因功能失活突变：

  KISS1（OMIM 603286）及其受体KISS1R（OMIM 604161）
  TAC3（OMIM 162330）和TACR3（OMIM 162332）编码的神经激肽B。

• 通过候选基因方法可以鉴定以下基因突变：

  GNRH1（OMIM 152760）和GNRHR（OMIM 138850）中的突变。GNRHR中贼常见的致病突变p.Gln106Arg仅引起受体活性的部分失活，这解释了该变异在正常人群中频率相对较高的原因，其贼小等位基因频率为0.3%。

• 如孤立性CHH中两个等位基因中变异相同则提示患者父母血缘较近，但复合杂合变异比纯合子变异更常见。

• 此遗传模式仅出现于KS（伴有嗅觉障碍的CHH）。

• ANOS1（OMIM 300836）是迄今为止被报道的位于X染色体上的一个少有KS致病基因。1991年通过定位克隆策略鉴定出先进个KS基因ANOS1（以前被称作KAL1）

• ANOS1突变的男性发病，而女性表型正常，仅为携带者。

• 显性遗传的KS中的常染色体基因罕见变异。

• 部分基因单个等位基因致病性突变即可导致KS，而另一些基因则需要其他的遗传事件才能充分解释表型。

• 在KS中CHH的显性遗传比孤立性CHH更为常见。对于导致成年不育的生殖系统疾病而言，这种显性遗传方式是相对令人意外的。

• 这种突变可能导致部分表型或促性腺激素缺乏症的严重程度不同。

• 在同一个家庭中，可能同时存在孤立性促性腺激素缺乏症、KS或孤立性嗅觉缺失3种表型。

近年CHH / KS分子遗传学研究出两类单个等位基因变异的基因：

• 先进类包含一些被独立研究证实了的罕见单等位基因变异；

• 第二类包含一些致病意义不明确的单等位基因变异，但变异频率显著高于对照人群；此类基因型和表型的关系不固定，无法确定；未知意义突变的不有效外显性已有假设遗传模式，即青春期不发育的可能性以及疾病的严重性是由几种候选基因罕见变异的共同作用所致，但尚不知这种寡基因的遗传频率。

  青春期的AAM和年龄具有涉及数百个基因位点的多基因性，这一事实有力地支持了这样一个假设，即某些青春期延迟甚至青春期缺失病例是以寡基因的特点进行遗传，甚至可被认为是多基因疾病的一部分。
  CHH可能在成年后逆转，这在很大一部分患者中可能与这种多基因效应有关。高达20%的病例表现出生殖功能的自发恢复，这对以下两个理念提出了质疑：（i）CHH是终身性疾病；（ii）CHH是一种和自限性青春期延迟不同的疾病。我们可假设在GnRH先进缺乏症和青春期延迟之间存在一个疾病谱系，其中严重的青春期延迟、部分性CHH和可逆的CHH可能均存在其中。这些患者的遗传学诊断可能会很好地剖析其临床复杂性。尽管CHH和青春期延迟基因谱的某些方面是截然不同的，但在病情更严重、携带纯合或多种致病突变（双基因或寡基因）的KS或CHH患者中存在更大的突变负荷可能支持我们的假设。

• 畸形症等相关临床特征可以高度预测致病变异（表3）。

表3 与青春期相关的综合征

且已鉴定有> 40个与该疾病有关基因，但仍不清楚约50% CHH患者的病理生理学基础（图3）。

• 表型变异程度的多少取决于所涉及的基因？不同的基因可能所占的比重不同，几乎ANOS1（OMIM 300836）的所有突变都会导致伴有嗅觉损伤的HH（KS），而却在KS、嗅觉正常HH和青春期延迟的家系中鉴定出FGFR1（OMIM 136350）的功能失活突变。

• 环境因素可部分解释这些多样性，但是日渐清晰的是CHH中的基因-基因相互作用是一个重要现象，且鉴定家庭中这种双基因甚至寡基因遗传的策略也在逐渐发展。

• 在这些家系中，患病人群的模式可能不符合经典的孟德尔遗传学定律和生物信息筛选流程，且需要修订统计建模技术以识别基因-基因相互作用下的新候选基因。

图3 已明确的青春期启动/CHH(IHH/KS)/性早熟和青春期延迟

常见遗传变异的遗传基础及其重叠

GnRH系统的不同环节缺陷可导致青春期不发育：

• GnRH合成缺陷主要是由于在妊娠早期GnRH神经元从嗅基板向下丘脑的迁移异常所致；

• kisspeptin 或神经激肽B等GnRH促分泌素生物活性缺陷所导致的GnRH合成减少；

• GnRH神经元网络不成熟；

• GnRH自身失活，也称为GnRH或其受体的生物活性缺陷。

迁移过程

迁移过程存在关键指引和诱导运动信息

• 控制细胞间相互作用的信号，如膜受体（如neuropilin-2）、粘附分子（如NCAM）、细胞外基质分子（如肝素硫酸转移酶）、细胞因子（如白血病抑制因子和肝细胞生长因子）和转录因子（如Ebf-2）

• 化学引诱物和化学排斥物（如Reelin）。

• 趋化因子的梯度（如SDF1，也称为CXCL12）可能对促进GnRH神经元的运动尤其重要。

冗余：

• GnRH神经网络在生殖功能中起重要作用，冗余是有价值的和必须的

• 分子信号冗余：上述涉及的分子信号存在冗余

• 神经元细胞冗余：整个迁移过程涉及小鼠每个大脑半球数百个神经元，而灵长类动物或人类中是数千个，而相对于青春期发育所需的GnRH神经元先进数量可能存在冗余，虽然这一数量的具体值尚不知晓。啮齿类动物中约12%的GnRH神经元足以促进脉冲式的促性腺激素分泌和青春期启动，而成年雌性小鼠的激素周期性控制则需要12% ~ 34%的GnRH神经元。此外，成年Reeler小鼠下丘脑中的GnRH神经元显著减少，且表现出青春期成熟延迟和生育力低的表型。

ANOS1和轴突寻路

• ANOS1（OMIM 300836）编码anosmin-1，这是一种调节轴突寻路和细胞粘附的细胞外基质蛋白，可促进嗅球神经元发出分支。

• 在ANOS1功能失活突变患者的筛状板上同时捕获了GnRH神经元和嗅球神经元，说明ANOS1的功能缺失可能会导致GnRH神经元无法达到正常位置（下丘脑）。

• 尚不清楚anosmin-1的作用是否仅限于嗅神经元的发育或是否对GnRH神经元具有额外的趋化作用[235]。

• 目前没有可用的小鼠模型，只有鱼类和线虫的研究以及体外实验进一步阐明了ANOS1的作用。

青春期启动主控制器：

• GnRH脉冲的分泌和作用方式：

  GnRH通过位于正中隆起的神经末梢以脉冲方式分泌到下丘脑-垂体-门脉系统，到达垂体前叶后刺激促性腺激素细胞分泌促性腺激素LH和FSH。
  GnRH的释放是周期性的，且其脉冲分泌在GnRH神经元之间是同步的，因此GnRH神经元整合放电频率，使得产生适当的GnRH爆发释放至门脉系统，这种同步过程是一个涉及自发性神经元电活动、钙和cAMP信号传导、经GnRH受体的自分泌调节及这些神经元上的其他细胞膜受调节的复杂过程。

• 主控制器控制GnRH神经脉冲达到青春期启动；

• 有研究否定GnRH神经原脉冲合成是其自发固有的：因大叔模型的下丘脑外植体不含有GnRH细胞时也可表现脉冲性释放。

• 复杂神经元网络（输入来自大脑多区域）支配GnRH神经元活动，包括下丘脑核、脑干、边缘系统、基底神经节及运动和感觉回路。

• GnRH的释放是通过抑制性和兴奋性神经元和神经胶质输入的平衡进行协调的（图6）。

图6 青春期GnRH神经原突触和

神经胶质调控中的遗传调节因子

在GnRH神经元的多种调节因子中，kisspeptin 和神经激肽B很重要。这种脉冲产生的“KNDy”模型在ARC中有关键神经元，这些神经元负责通过kisspeptin、神经激肽B和强啡肽来协调脉冲的产生。

kisspeptin

• kispeptin和KISS1R作用的发现

  kispeptin是一种兴奋性神经肽，在发现GnRH缺乏症患者的KISS1R（OMIM 604161）功能失活突变后，它被确定为青春期启动的一个重要的许可因子，之前被称为GPR54。
  尽管Kiss1r敲除小鼠在解剖学上有正常的GnRH神经元及下丘脑GnRH水平，但同时发现该小鼠不育。
  通过外源性给予GnRH可纠正不育表型。
  Kiss1（OMIM 603286）敲除小鼠的表型与嗅觉正常的GnRH缺乏症是一致的。

• kispeptin和kispeptin神经原：

  kisspeptin是由与GnRH神经元密切接触的下丘脑神经元合成；
  kisspeptin神经元表达包含雌激素受体α、孕激素受体和雄激素受体在内的类固醇受体；kisspeptin神经元位于血脑屏障之外，因此可直接与外周激素接触
  kisspeptin神经元是类固醇激素在促性腺激素轴上正负反馈的主要中继；
  kisspeptin神经元的轴突末端投射到末端血管内膜的GnRH神经元细胞体上，也投射到与GnRH神经元末端相接的正中隆起上；
  大多数GnRH神经元表达kisspeptin受体；
• kisspeptin的作用：

  kisspeptin直接向GnRH神经元发送信号，以控制GnRH的脉冲释放。已经确定kisspeptin是GnRH神经元的关键上游调节因子，但仍不清楚它是否是触发青春期启动的关键因素

  kisspeptin在功能性闭经中呈下调状态，提示其在营养状况和情绪健康等环境因素对青春期和生殖能力的作用中起中介作用。

  已经证实kisspeptin是一个重要的排卵神经内分泌调节因子

  kisspeptin信号传导还是 HPG 轴上正负反馈回路的重要组成部分。

神经激肽B

• 一个兴奋性神经肽，也参与GnRH分泌的上游调控。

• 在嗅觉正常HH及青春期不发育患者中测得编码神经激肽B的TAC3（OMIM 162330）基因及其受体TACR3（OMIM 162332）基因功能失活突变而发现了该通路。

• 位于ARC上的kisspeptin神经元可合成神经激肽B和强啡肽A，又被称为KNDy神经元。由于ARC上KISS1和TAC3的表达可被雌激素下调，这些神经被认为是类固醇激素负反馈在促性腺激素轴上的中继[252]。KNDy神经元表达神经激肽受体NK3R，表明自分泌和旁分泌回路控制GnRH释放[253]。强啡肽抑制GnRH合成，和这些肽类一起被认为在GnRH脉冲产生中发挥基础作用。

禽类哺乳动物促性腺激素抑制激素（Gonadotropin-inhibiting Hormone，GnIH）的直接同源物

• 为另一个RF酰胺相关肽 （RF-amide  Related Peptide，RFRP；OMIM 616984）；

• 可通过直接控制GnRH神经元或通过控制一个子集kisspeptin神经元而成为促性腺轴进一步的抑制性调节因子。

• GnIH在一些物种的HPG轴抑制性调控中发挥着至关重要的作用。

神经递质GABA和谷氨酸参与了GnRH网络的调控。

• 在ARC中，GABA和谷氨酸参与调控GnRH神经元的兴奋性。在青春期雌性大鼠下丘脑中，谷氨酰胺合酶下调而谷氨酸脱氢酶较为充足，二者均可增加谷氨酸的利用率。

• 谷氨酸拮抗剂可有效刺激 GnRH分泌，对青春期前的灵长类动物给药可刺激青春期启动。

• GABA神经网络非常复杂，其中一些神经元直接影响GnRH神经元，而另一些却作用于中间神经元而对其产生间接影响。

• 在灵长类动物中，已经非常清楚GABA能的神经传递在青春期起始中的抑制作用，但还不明确其在啮齿动物中这方面的作用。

• GABA能的信号通路可能在应激所诱导的LH抑制中发挥着重要作用。

神经元-神经胶质信号通路

• 激活神经元-神经胶质信号通路可调控GnRH的同步脉冲分泌。

• 神经胶质输入包括TGFβ1、IGF-1和神经调节蛋白在内的多个生长因子和小的可扩散分子组成；

• 神经胶质输入似乎对GnRH脉冲分泌主要起促进作用，可直接或间接刺激 GnRH分泌。

  首先，正中隆起的神经胶质细胞通过合成生长因子调节GnRH分泌，这些生长因子则是通过具有酪氨酸激酶活性的受体起作用。FGF信号是 GnRH神经元到达位于下丘脑终点及其分化和存活所必需的。此外，IGF-1和表皮生长因子家族成员（如神经调节蛋白1β）可促进GnRH神经元的分泌活性。
  其次，由可溶性分子（如神经元细胞粘附分子和突触细胞粘附分子）介导的神经胶质- GnRH神经元粘附性的塑性重排协调GnRH向门脉系统的控制性输送，这一过程也受到性激素的影响。这些神经和神经内分泌调节因子贼终负责将脉冲式的GnRH分泌微调至垂体门脉循环，以控制这一层级联调控的下一层级，即垂体前叶促性腺激素细胞。

大脑中GABA -谷氨酸信号平衡的变化

• 青春期以大脑中GABA -谷氨酸信号平衡的变化为特征[256]，这与较高的树突棘密度和GnRH神经元的树突结构简化有关。

青少年末期下丘脑中kisspeptin生物合成增加的机制

• 尚不清楚；

• 研究方法：系统生物学方法（通过基因层次网络指向下丘脑调节的数据，图6）和动物模型[187]，少有人类数据。

• 目前鉴定的候选转录调节因子包括：

  Oct-2（OMIM 164176）：同源盒基因POU结构域家族的一个转录调节因子。Oct-2 mRNA在少年啮齿动物的下丘脑中是上调的，阻断Oct-2合成会延迟新颖排卵时间，诱导性早熟的下丘脑病变（如错构瘤）则会激活Oct-2的表达；
  Ttf-1（OMIM 600635）：另外一个可增强GnRH表达的同源盒基因[269]。Ttf-1在青春期恒河猴中的表达是增加的
  Eap1（enhanced at puberty 1；OMIM 611720）：青春期灵长类和啮齿动物下丘脑中的Eap1 mRNA表达水平也会增加，Eap1可反式激活GnRH启动子，在啮齿动物模型中利用小分子干扰RNA将Eap1敲除，可导致青春期延迟及发情周期中断。Eap1自身基因表达似乎受Ttf-1激活和Yy1（OMIM 600013）及Cux1（OMIM 116896）抑制的双重转录调控。

青春期时机表观遗传调节因子

• 方法：在GnRH特异性miRNA合成受损的小鼠模型中已阐明了非编码 RNA作为青春期时机表观遗传调节因子的作用。

• 一对关键的miRNA [miR-200（OMIM 612090-2）和mIR-155（OMIM 6093370）] 可以控制Gnrh（OMIM 152760）、Zeb-1（OMIM 189909）和Cebpb（OMIM 189965）的表达，其中后两个是Gnrh强有力的转录抑制因子。

• 机制：青春期时，GnRH基因转录激活减少与Zeb-1和Cebpb转录激活增多的活动之间有个开关，导致在青少年时期GnRH神经元中GNRH1合成增加。因此，下丘脑中kisspeptin表达增加是由复杂的转录因子网络所致，这些转录因子是Kiss1及GNRH1转录的抑制因子和活化剂，而这些反过来又受许多不同表观遗传机制的影响，包括DNA甲基化、组蛋白修饰和非编码 RNA 。

• Gq/11蛋白的G蛋白偶联受体活性的调节：kisspeptin受体是偶联到Gq/11蛋白的G蛋白偶联受体。G蛋白偶联受体活性的调节是多因素的，可通过多种细胞内信号通路和调节蛋白发生急性但也可能是慢性的脱敏过程来进行调节。普遍认为该调节与GnRH神经元的成熟状态有关。

促性腺轴抑制的消失

• 控制Kiss1表达的转录抑制程序：

  干预多梳复合蛋白EED（OMIM 605984）和Cbx7（OMIM 608457）对Kiss1（OMIM 603286）的转录抑制作用被认为是防止青春期过早启动的一个重要机制。
  这些基因在青春期前的表达随着其启动子甲基化增加而逐渐降低。
  青春期EED在Kiss1启动子上的结合降低。
  对Kiss1表达抑制的抑制也与具有锌指基序的转录因子的表达减少有关。
  这些多梳复合蛋白从启动子上的丢失伴随着染色质状态重组和组蛋白甲基化改变。

• 家族性CPP中MKRN3（OMIM 603856）功能失活突变

  支持了青春期来自于促性腺轴抑制的消失这一概念。
  该基因编码麦考林无名指蛋白3，是一个含有C3HC4基序的锌指蛋白，被称为与E3泛素连接酶活性相关的RING结构域。
  因为MKRN3在出生和断奶之间的小鼠ARC中的表达及人青春期起始时的循环水平均下降，所以其可能对GnRH网络有抑制作用。
  还有待确定MKRN3在控制kisspeptin的基因层次网络中的位置。

小结

• 青春期必定是神经发育过程的产物，与其他神经功能的后天发育有共同的特征。

• 青春期特异性在于它的时机，由依赖激素状态的遗传因素决定，并受环境因素调节。

• 调节因素的复杂性，决定青春期容易出现问题

GnRH作用受损的突变：

• GnRH受体的功能失活突变是常染色体隐性遗传CHH的贼常见原因，约占16% ~ 40%的患者。

• 在该受体的细胞外、跨膜及细胞内结构域中均发现有导致GnRH作用受损的突变。

LH或FSH的β亚基突变：

• LH和FSH是由一个共同的α-亚基基因和一个特定的β-亚基基因编码的糖蛋白激素组成。

• LH或FSH的β亚基突变是引起HH的罕见原因。

• 有LHβ（OMIM 152780）功能失活突变的女性虽青春期启动正常，月经来潮正常或延迟，但随后表现为由于缺失排卵而导致不孕。具有LHβ-亚基功能失活突变的男性表现为青春期发育缺失，伴Leydig细胞发育不全，导致睾酮缺乏和无精症；

• FSHβ（OMIM 136530）功能失活突变的个体表现为不有效的青春期发育，女性为原发性闭经，男性为无精症。