Nature子刊：一個(gè)堿基的突變，讓雌性小鼠長(zhǎng)出睪丸

撰文丨王聰

編輯丨王多魚(yú)

排版丨水成文

通常情況下，具有兩條 X 染色體的雌性小鼠胚胎會(huì)發(fā)育出卵巢，這是因?yàn)橐环N名為 Sox9 的基因受到抑制。而在具有 XY 染色體的雄性小鼠胚胎中，Sox9 基因的表達(dá)會(huì)觸發(fā)睪丸的發(fā)育。

正常情況下，具有XX染色體的雌性會(huì)發(fā)育出卵巢，這是因?yàn)樗鼈兊?SOX9 基因被抑制，而具有XY染色體的雄性會(huì)發(fā)育出睪丸，這是因?yàn)樗鼈兊? SOX9 基因表達(dá)，啟動(dòng)了 睪丸的發(fā)育。

在雄性中，SOX9 基因受到一個(gè)非編碼 DNA 序列——Enh13的調(diào)控，其作為增強(qiáng)子促進(jìn) SOX 的表達(dá)，刪除 Enh13 會(huì)導(dǎo)致 XY 小鼠發(fā)育成雌性，而 Enh13 的改變會(huì)對(duì)雌性產(chǎn)生什么影響，目前還不清楚。

2026 年 4 月 9 日，以色列巴伊蘭大學(xué)的研究人員在 Nature 子刊Nature Communications上發(fā)表了題為：A single-nucleotide enhancer mutation overrides chromosomal sex to drive XX male development 的研究論文。

該研究發(fā)現(xiàn)，增強(qiáng)子Enh13上的單堿基突變就能夠超越染色體性別決定機(jī)制，促使 XX 染色體小鼠發(fā)育為雄性，長(zhǎng)出雄性生殖器和睪丸。這項(xiàng)研究表明了 Enh13 既是SOX9的增強(qiáng)子也是其沉默子，并首次揭示了決定胚胎發(fā)育出卵巢還是睪丸的分子機(jī)制。

性別決定的奧秘

在哺乳動(dòng)物中，性別決定是一個(gè)精密而復(fù)雜的過(guò)程。傳統(tǒng)觀(guān)點(diǎn)認(rèn)為，性別是由性染色體決定——XX 為雌性，XY 為雄性。其中，Y 染色體上的SRY基因被認(rèn)為是啟動(dòng)雄性發(fā)育的關(guān)鍵開(kāi)關(guān)，它能激活SOX9的表達(dá)，而 SOX9 是支持細(xì)胞分化和睪丸發(fā)育的主調(diào)控因子，驅(qū)動(dòng)對(duì)睪丸形成至關(guān)重要的下游靶基因的轉(zhuǎn)錄，進(jìn)而推動(dòng)睪丸的形成和雄性特征的發(fā)育。如果 SRY 或 SOX9 功能異常，即使個(gè)體擁有 XY 染色體，也將發(fā)育為雌性。相反，卵巢發(fā)育則需要抑制 SOX9 的表達(dá)。

這兩種相互拮抗的遺傳程序必須保持精確平衡，任何微小的擾動(dòng)，都可能導(dǎo)致性別發(fā)育的異常。

意外的發(fā)現(xiàn)

研究團(tuán)隊(duì)此前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一個(gè)名為Enh13的非編碼序列，其作為增強(qiáng)子，位于SOX9基因上游約 565 kb 處，對(duì)于 SOX9 在睪丸中的表達(dá)至關(guān)重要。當(dāng) Enh13 被刪除時(shí)，SOX9 表達(dá)水平下降 80%，進(jìn)而導(dǎo)致 XY 個(gè)體發(fā)育為雌性，即便它們擁有完整的 Y 染色體和 SRY 基因。

然而，這項(xiàng)最新研究卻揭示了一個(gè)完全相反的現(xiàn)象：Enh13 內(nèi)的一個(gè)微小突變，竟然能讓 XX 個(gè)體發(fā)育為雄性。

研究團(tuán)隊(duì)通過(guò) CRISPR-Cas9 基因編輯技術(shù)，在小鼠 Enh13 的 SOX9 結(jié)合位點(diǎn)引入了兩種微小突變：一種是 3 個(gè)堿基對(duì)的缺失（-3bp），另一種是單個(gè)堿基對(duì)的插入（+1b p）。令人驚訝的是，攜帶這些微小突變的 XX 小鼠竟然表現(xiàn)出完全的性別逆轉(zhuǎn)，長(zhǎng)出了雄性生殖器官和睪丸。

在 Enh13 的 SOX9 結(jié)合位點(diǎn)刪除 3bp

在 Enh13 的 SOX9 結(jié)合位點(diǎn)插入 1bp

從雌性到雄性的轉(zhuǎn)變

這些 XX“雄性”小鼠的外觀(guān)和內(nèi)部解剖結(jié)構(gòu)都與正常雄性小鼠無(wú)異，只是睪丸較小且缺乏精子，這是因?yàn)樗鼈內(nèi)鄙?Y 染色體上的必要基因。

在胚胎發(fā)育階段，這些 XX 個(gè)體的性腺呈現(xiàn)出不同程度的卵睪體特征——部分組織像睪丸，部分像卵巢。通過(guò)轉(zhuǎn)錄組分析，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，這些性腺同時(shí)表達(dá)了睪丸和卵巢的相關(guān)基因。

隨著發(fā)育的進(jìn)行，睪丸特征逐漸占據(jù)主導(dǎo)地位，到出生后第 1 天，大多數(shù)突變個(gè)體的性腺已經(jīng)主要表達(dá) SOX9，只有極少數(shù)細(xì)胞仍表達(dá)卵巢標(biāo)志物 FOXL2，到了成年期，這些 XX 個(gè)體的性腺完全轉(zhuǎn)化為睪丸組織，不再表達(dá)任何卵巢特征。

機(jī)制揭秘：一個(gè)精妙的開(kāi)關(guān)

那么，這一非編碼序列中的微小突變，是如何推翻染色體性別的呢？

研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，關(guān)鍵在于Enh13增強(qiáng)子的特殊結(jié)構(gòu)，Enh13 不僅包含 SOX9 和 SRY 等促雄性因子的結(jié)合位點(diǎn)，也包含 RUNX1、NR5A1 和 GATA4 等促雌性因子的結(jié)合位點(diǎn)。特別有趣的是，Enh13 與 SOX9 的結(jié)合位點(diǎn)和與 RUNX1 的結(jié)合位點(diǎn)完全重疊。

研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步提出了一個(gè)作用機(jī)制模型——在 XY 性腺中，SRY 特別是通過(guò)其與 NR5A1 的功能相互作用，激活 Enh13 并誘導(dǎo) SOX9 表達(dá)，隨后 SOX9 通過(guò)自身激活進(jìn)一步增強(qiáng)其自身表達(dá)，從而導(dǎo)致睪丸發(fā)。而在 XX 性腺中，包括 RUNX1 在內(nèi)的雙能因子結(jié)合 Enh13 并介導(dǎo) SOX9 的抑制，隨著 FOXL2 表達(dá)的開(kāi)始，促雌性因子協(xié)同作用以完全抑制 SOX9，從而允許卵巢發(fā)。而 Enh13 發(fā)生微小突變后，其并未消除與 SOX9 的結(jié)合，而是阻止了雙能因子 NR5A1、GATA4 和 RUNX1 的抑制作用，從而允許足夠的激活能力使 SOX9 的表達(dá)超過(guò)了雌性性腺中所存在的最低閾值，一旦 SOX9 開(kāi)始表達(dá)，它就會(huì)進(jìn)一步結(jié)合 Enh13，增強(qiáng)自身表達(dá)，形成一個(gè)正反饋循環(huán)，最終完全壓制卵巢發(fā)育程序，推動(dòng)睪丸形成。

對(duì)人類(lèi)疾病的意義

這項(xiàng)研究最引人注目的發(fā)現(xiàn)是性別決定系統(tǒng)的極端敏感性——僅僅一個(gè)堿基的改變，就足以顛覆整個(gè)性別發(fā)育路徑。

這種敏感性揭示了性別決定系統(tǒng)如同一個(gè)精密的天平，微小的擾動(dòng)就可能導(dǎo)致平衡的徹底改變，而 Enh13 增強(qiáng)子就是這個(gè)天平的核心支點(diǎn)，整合來(lái)自促雄性因子和促雌性因子的信號(hào)，決定最終的性別發(fā)育走向。

這項(xiàng)研究不僅增進(jìn)了我們對(duì)性別決定機(jī)制的理解，也對(duì)人類(lèi)性別發(fā)育障礙的研究具有重要意義。

研究團(tuán)隊(duì)表示，約 50% 的性別發(fā)育障礙患者的病因無(wú)法通過(guò)基因診斷確定，部分原因在于，用于識(shí)別致病突變的測(cè)序技術(shù)通常只針對(duì)編碼蛋白質(zhì)的編碼基因，而這項(xiàng)研究表明，基因組中的非編碼區(qū)域，例如 Enh13 的微小改變，足以導(dǎo)致性別逆轉(zhuǎn)。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41467-026-71328-9