不育症影响着约8~12%的育龄夫妇[1]。虽然染色体数目和结构异常能够解释部分患者的发病原因，但绝大多数患者不育的因素仍不清楚，据估计其中不少患者是由单基因或多基因突变引起的[2]。目前，在人类中只有不到20个基因被实验证明突变后会导致非梗阻性无精子症（Non-obstructive azoospermia, NOA）或卵巢早衰（Premature ovarian insufficiency, POI），远少于小鼠中400多个基因的敲除或突变会导致不育[3]。

首先，该团队利用全外显子组测序在一个巴基斯坦近亲结婚家系（PK-INF-543）的两位非梗阻性无精子症患者和一位卵巢早衰患者中发现了联会复合体编码基因C14orf39的纯合移码突变（c.204_205del [p.His68Glnfs*2]）。Sanger测序进一步证实该突变在所有家系成员中的传递符合孟德尔遗传规律。随后，作者又在两个散发的中国非梗阻性无精子症患者（P3097和P6032）中相继发现了该基因的另外两个新突变，即一个纯合无义突变（c.958G>T [p.Glu320*]）和一个纯合剪接位点突变（c.1180-3C>G）。

人C14orf39基因在小鼠中的同源基因为Six6os1，编码减数分裂联会复合体中轴的一个组分。SIX6OS1蛋白可与联会复合体的另一个中轴蛋白SYCE1相互作用；Six6os1敲除后，雄性小鼠不能产生精子，雌性小鼠表现为卵巢早衰[4]。与此相一致的是，患者的睾丸组织病理学分析显示：患者生精小管中有精原细胞和精母细胞，但没有减数分裂后的生殖细胞（如精细胞和精子）（图1），提示C14orf39/SIX6OS1纯合突变很可能就是导致患者不育的原因。

图1.在NOA和POI患者中发现C14orf39纯合突变

接着，该团队利用免疫荧光染色对患者的同源染色体联会和减数分裂前期进程进行了细致分析，发现C14orf39纯合突变后同源染色体联会明显异常，减数分裂停滞在类粗线期（图2）。有趣的是，携带C14orf39纯合移码突变（c.204_205del [p.His68Glnfs*2]）的精母细胞中同源染色体完全不能联会（图2A-C），而携带纯合无义突变（c.958G>T [p.Glu320*]）或剪接位点突变（c.1180-3C>G）的精母细胞中同源染色体不能完全联会（图2D-G），提示C14ORF39蛋白的N端负责联会复合体的起始组装，而C端负责联会延伸至染色体轴的全长。

图2.携带C14orf39纯合突变的精母细胞表现为严重的联会缺陷和减数分裂停滞

随后，作者对这些突变的生化和细胞学效应等进行了检测。酵母双杂交实验结果显示C14ORF39突变蛋白（p.His68Glnfs*2和p.Glu320*）仍能与SYCE1结合，提示C14ORF39蛋白的1-67位氨基酸包含一个与SYCE1的结合区域。值得注意的是，C14ORF39突变蛋白与SYCE1在转染的COS-7细胞中形成的聚集体数目明显减少（图3）。

图3.C14orf39突变不影响其与SYCE1结合但形成的聚集体减少

最后，该团队利用CRISPR/Cas9技术制备了携带类似患者突变的Six6os1突变小鼠模型，发现突变雄鼠重现了男性患者的同源染色体联会缺陷和无精子症表型；突变雌鼠再现了女性患者的POI表型，表现为成年卵巢明显变小，缺少卵泡，且抗苗勒管激素（AMH）水平显著降低。这些结果进一步佐证了在患者中发现的C14orf39纯合突变的致病性。

综上，本研究首次发现并证实了C14orf39/SIX6OS1的三个纯合突变会导致人类非梗阻性无精子症和卵巢早衰，深化了对人类不育症发病原因和机制的认识，为不育患者的遗传咨询和诊断治疗提供了潜在的分子靶标。同时，这些突变还为深入剖析减数分裂同源染色体联会的动态过程、揭示联会复合体组装的分子机制提供了新模型和新线索。

中国科学技术大学生命科学与医学部的博士生樊岁兴和焦玉莹同学以及Ranjha Khan博士和江小华博士为论文的共同第一作者。中国科学技术大学附属第一医院生殖与遗传分院和基础医学院的史庆华教授和张远伟教授为论文通讯作者。本研究得到国家自然科学基金和科技部重点研发计划项目的资助。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1016/j.ajhg.2021.01.010

参考文献