促性腺激素释放激素 1

黄体生成素释放激素（LHRH） 是一种十肽，是控制人类生殖的下丘脑-垂体-性腺轴中的关键分子。它由下丘脑神经元产生，以搏动方式分泌到正中隆起的毛细血管丛中，并影响垂体前叶促性腺细胞释放促黄体激素和促卵泡激素。西堡和阿德尔曼（1984）分离的克隆基因组和编码 LHRH 前体的 cDNA。这些 DNA 序列编码 92 个氨基酸的蛋白质，其中 LHRH 十肽之前是 23 个氨基酸的信号肽，然后是 gly-lys-arg 序列，如预期的用于将十肽从其前体酶促切割和酰胺化LHRH 的 C 末端。LHRH，也称为“促性腺激素释放激素”（GNRH） 和催乳素释放抑制因子（PIF） 均来自相同的 92 个氨基酸前体蛋白，由单个基因编码（PIF 也被用作腮腺唾液蛋白的符号；见168730。）

海弗利克等人（1989）报道了 GNRH 基因的完整核苷酸序列。

▼ 基因结构

阿德尔曼等人（1986）确定人和大鼠的 GNRH 基因具有相似的 4 个外显子排列。

GNRH1 基因仅在下丘脑的离散神经元群中表达。为了探索 GNRH1 启动子内发生的蛋白质-DNA 相互作用以及这些相互作用在靶向 GNRH1 基因表达中的作用，Eraly 等人（1998）诱变了 GNRH1 基因近端启动子中的单个结合位点。DNAase I 保护实验表明，footprint-2 是一个 51 bp 的序列，可对 GNRH1 基因进行 20 倍的诱导，它由至少 3 个孤立的蛋白质结合位点组成。足迹 4 中的突变也降低了 GNRH1 基因表达。迁移率变动交叉竞争和抗体移实验证实，OCT1（602607）结合内的八聚体基序脚印-2和-4。Eraly 等人（1998） 得出结论，OCT1 在调节 GNRH1 转录、结合远端增强子和近端启动子保守区的功能元件中起关键作用。

沃尔夫等人（2002）使用转基因小鼠模型来分离对于将基因表达引导至下丘脑 Gnrh 神经元很重要的顺式调节元件。当使用 992 bp 而不是 795 bp 的人类 GNRH1 基因启动子时，观察到细胞特异性表达，标准是针对下丘脑 Gnrh 神经元的荧光素酶表达。当包含从-992 到-763 的区域的缺失构建体与融合到荧光素酶报告基因的最小48-bp 启动子片段融合时，也观察到组织特异性表达。这些数据表明-992 和-795 之间的区域包含将基因表达靶向Gnrh 神经元所必需和足够的元素。该启动子区域包含 2 个用于 POU 类转录因子的 DNA 结合位点，600494 ） 和 Oct1。功能研究表明，Brn2 增加了人和小鼠 GNRH1 基因的启动子活性。

▼ 基因功能

GNRH1 基因的神经元特异性表达依赖于上游多组分增强子。这种增强剂在一小群产生 GNRH1 的下丘脑神经元中起作用，这些神经元通过 GNRH1 的分泌介导中枢神经系统对生殖功能的控制。GNRH1 增强子功能需要 GATA 转录因子家族的激活，这些转录因子通过串联共有 GATA 结合基序（称为 GATA-A 和 GATA-B）起作用。参见 GATA4（ 600576 ）。劳森等人（1998）表明 2 个新发现的 DNA 结合因子，他们称为 GBF-A1/A2 和 GBF-B1，在与 GATA 因子结合基序重叠的位点结合 GNRH1 增强子。GATA、GBF-A1/A2 和 GBF-B1 与 GNRH1 增强子序列的体外结合是孤立发生的。利用表达 GNRH1 的神经元细胞系作为模型系统，他们通过瞬时转染表明 GBF-B1 是增强子活性所必需的，并且孤立地激活 GNRH1 启动子。GATA4 对 GT1 细胞和 NIH 3T3 细胞中 GNRH1 增强子的反式激活受到 GBF-B1 结合的调节，表明 GBF-B1 通过空间机制干扰 GATA 因子结合。

董等人（1997）在人 GNRH1 上游启动子中定位了 4 个特定的核蛋白结合元件。为了测试这 4 种元素是否具有生殖组织特异性，Dong 等人（2001）将 4 个元素置于胸苷激酶（ 188300）上游） 启动子/荧光素酶报告基因并将构建体转染到人胎盘绒癌（JEG-3） 细胞中。元素 4（E4, -987/-968） 的缺失显着降低（4 倍）荧光素酶活性。进一步删除其他元素（E3，-960/-940 或 E3 和 E2 组合，-919/-896）仅略微降低荧光素酶活性。相反，元素 1（E1, -876/-851） 的缺失导致萤光素酶活性降低 2 倍，而 E2 和 E3 的消除仅损失不到 2 倍的萤光素酶活性。此外，E4 DNA-蛋白质复合物被针对八聚体结合转录因子-1（OCT1） 的抗体超移，表明 OCT1 与 E4 结合。作者得出结论，在 JEG-3 细胞中赋予 GNRH1 基因的组织特异性表达需要所有 4 个元素。然而，E4 对 GNRH1 基因在 JEG-3 细胞中的组织特异性表达最重要。OCT1 因子与 E4 结合，可能参与介导人 GNRH1 上游启动子活性。

段等人（2002）研究了 GNRH 调节 Egr1（ 128990 ） 转录的调节元件和信号转导途径。小鼠 Egr1 启动子的缺失分析确定了 2 个区域（-370 到 -342 和 -116 到 -73），这些区域对 α-T3 垂体促性腺细胞的 GNRH 反应性至关重要。第一个区域包含 2 个血清反应元件（SRE），贡献了约 70% 至 80% 的 GNRH 诱导性，而包含 2 个 SRE 和 1 个 Ets 结合位点的第二个区域赋予了额外的 20% 至 30% 的活性。使用特异性蛋白激酶抑制剂，发现 GNRH 刺激 Egr1 表达依赖于 PKC/ERK 途径（见603607）。作者得出结论，GNRH 刺激 Egr1 基因表达需要几个不同的 SREs/Ets 元件和一个 cAMP 反应元件，并通过激活 PKC/ERK 信号通路介导。

Gnrh 基因仅在小鼠中基底下丘脑中大约 800 个神经元的高度受限群体中表达。Otx2 同源蛋白（ 600037 ） 在胚胎小鼠大脑中与 Gnrh 共定位。凯利等人（2000）在几个物种的 Gnrh 基因的近端启动子区域内鉴定了一个高度保守的 bicoid 相关 Otx 靶序列。来自大鼠 Gnrh 启动子的这个元件在表达下丘脑 Gnrh 的小鼠神经元细胞系 GT1-7 的核提取物中结合杆状病毒表达的 Otx2 蛋白和 Otx2 蛋白。瞬时转染分析表明 Gnrh 启动子 Otx/bicoid 位点是 Gnrh 基因在 GT1-7 细胞中的特异性表达所必需的。因此，Gnrh 近端启动子受 Otx2 同源蛋白的调节。作者得出结论，Otx2 在 Gnrh 神经元的发育和/或成年小鼠下丘脑中 Gnrh 表达的维持中很重要。

嗅觉神经元和 GNRH 神经元在发育过程中有共同的起源。在鼻上皮细胞中，GNRH 神经元在整个胎儿期和成年期持续存在。巴尼等人（1999）报道人类嗅觉细胞表达 GNRH1 基因和蛋白质。GNRH 的释放具有时间依赖性，并受到性类固醇和气味剂的积极影响。作者表示，这是第一次显示来自人类胎儿嗅神经上皮的原代细胞培养物表达和释放 GNRH。他们认为，这些对性类固醇和气味敏感的培养物可能是研究精细调节人类 GNRH 分泌的复杂调节因子阵列的有用模型。

配子和植入前胚胎在 mRNA 和蛋白质水平上均表达 GNRH 和 GNRH 受体（GNRHR；138850 ）。卡桑等人（2000）使用 RT-PCR 和免疫组织化学技术研究绝经前有生育能力患者整个月经周期中人类输卵管中 GNRH mRNA 和蛋白质的表达。他们的结果揭示了在黄体期表达的输卵管 GnRH 的周期依赖性产生。此外，GnRH 免疫染色在黄体期定位于输卵管上皮。他们得出的结论是，在生殖生命期间，输卵管 GNRH 可能在人类受精、早期胚胎发育和植入过程中发挥重要的旁分泌/自分泌作用。

陈等人（2002）发现人类正常和白血病 T 细胞产生 GNRH2（ 602352 ） 和 GNRH1。正常或癌变的人类或小鼠 T 细胞暴露于 GNRH2 或 GNRH1 会触发层粘连蛋白受体（ 150370 ） 的从头基因转录和细胞表面表达，这与细胞粘附和迁移以及肿瘤侵袭和转移有关。GNRH2 或 GNRH1 也诱导对层粘连蛋白的粘附和对 SDF1A 的趋化性（ 600835），并增加转移性 T 淋巴瘤在体内进入脾脏和骨髓的能力。在缺乏 GNRH1 的小鼠中，正常 T 细胞向特定器官的归巢减少。一种特定的 GNRH1 受体拮抗剂阻断了 GNRH1，但不阻断 GNRH2 诱导的作用，这表明通过不同受体的信号传导。陈等人（2002）提出 GNRH2 和 GNRH1，由神经或自分泌或旁分泌来源分泌，直接与 T 细胞相互作用并触发基因转录、粘附、趋化和归巢到特定器官。

为了确定 GNRHR（ 138850 ） 或 GNRH1 基因内的遗传变异是否有助于调节普通人群的青春期时间，Sedlmeyer 等人（2005）对青春期发育晚于平均水平的个体进行了序列分析和基于单倍型的关联研究。所有观察到的关联都相对温和，仅在名义上具有统计学意义。作者得出结论，GHRH1 和 GNRHR 的遗传变异不太可能是一般人群青春期时间的重要调节剂。

张等人（2013）表明下丘脑对小鼠全身衰老的发展很重要，其潜在基础涉及由 I-kappa-B 激酶-β（IKK-β; 603258 ）、NF- kappa-介导的下丘脑免疫。B（ 164011 ），以及相关的小胶质细胞-神经元免疫串扰。开发的几种介入模型表明，通过预防与衰老相关的下丘脑或大脑 IKK-β 和 NF-kappa-B 激活，可以在小鼠中实现衰老延迟和寿命延长。机制研究进一步表明，IKK-β 和 NF-kappa B 抑制 GNRH 以介导与衰老相关的下丘脑 GNRH 下降，而 GNRH 治疗可改善衰老受损的神经发生并延缓衰老。张等人（2013） 得出结论，下丘脑通过免疫神经内分泌整合在衰老发展中发挥程序性作用。

▼ 测绘

杨峰等人（1986）使用来自人胎盘的 cDNA 克隆通过原位杂交将 LHRH 基因分配给 8p21-p11.2，并通过体细胞杂交细胞 DNA 的 Southern 印迹分析证实了分配给 8 号染色体。威廉姆森等人（1991）将小鼠的 Gnrh 基因定位到 14 号染色体。

▼ 分子遗传学

Bouligand 等人在来自特兰西瓦尼亚山村的罗马尼亚兄弟姐妹患有正常的低促性腺激素性腺功能减退症（HH12; 614841 ）（2009）确定了 GNRH1 基因中 1-bp 插入的纯合性（ 152760.0001 ）。GnRH 在由突变 GNRH1 转染的 AtT20 垂体细胞调节的培养基中检测不到。

陈等人（2009 年）在一个患有促性腺功能减退症的亚美尼亚男孩（152760.0002）中发现了 1 bp 缺失的纯合性。未报告其父母的突变状态，但在 192 名对照中未发现缺失。

寡基因遗传

在 310 名正常 HH 患者的队列中，Chan 等人（2009）分析了 HH 相关基因 GNRH1、FGFR1（ 136350 ） 和 PROKR2（ 607123 ），并在 3 代谱系的先证者中发现了所有 3 个基因中的罕见杂合变异：GNRH1 中的 R31C、FGFR1 中的 I239T 和PROKR2 中的 S202G。先证者感染了双胞胎女儿，其中一个携带 GNRH1 和 FGFR1 变体，而另一对双胞胎和受影响的侄女仅携带 GNRH1 变体。

▼ 进化

在大鼠中，Adelman 等人（1987）发现 GNRH 由一条 DNA 链编码，而另一条 DNA 链被转录成功能未知的 RNA。第二个基因，称为 SH，产生在心脏中发现的转录物，而 GNRH 在中枢神经系统中表达。从两条 DNA 链中的每一条转录的 RNA 被剪接和多聚腺苷酸化，并共享重要的外显子结构域（果蝇的 Gart 基因座，已知编码 3 种嘌呤途径酶活性（见138440），包含编码角质层蛋白的完整基因，“嵌套”在第一个 Gart 内含子内，并从相反的 DNA 链转录。）

▼ 动物模型

梅森等人（1986）证明 hpg（性腺功能减退）小鼠的性腺机能减退是由至少 33.5 kb 的缺失突变引起的，该突变包含促性腺激素释放激素和 GNRH 相关肽（GAP） 的常见生物合成前体基因的远端一半。hpg 下丘脑组织切片的原位杂交组织化学显示，部分缺失的基因具有转录活性，但免疫细胞化学分析未能显示对应于前体蛋白任何部分的抗原的存在。GAP 与 PIF 相同；它具有有效的催乳素释放抑制活性（Nikolics 等，1985）。有趣的是，编码 GNRH 十肽的基因部分保持完整。hpg 小鼠中缺乏 GNRH 仍然无法解释。梅森等人（1986）发现将完整的 GNRH 基因引入 hpg 小鼠的基因组会导致性腺功能减退表型的完全逆转。两性的转基因hpg/hpg纯合子能够交配并产生后代。卡塔纳赫等人（1977）给出了 hpg 小鼠的原始描述。他们认为 hpg 小鼠可能类似于Ewer（1968）描述的人类疾病，即以常染色体隐性遗传的家族性单向性垂体功能不全。见227200。吉布森等人（1984）证明视前区脑移植物恢复了Cattanach 等人描述的 hpg 雌性小鼠的交配和怀孕能力（1977 年）。

▼ 等位基因变体（ 2 示例）：

.0001 促性腺功能减退症 12 无厌食症（1 个家族）
GNRH1，1-BP INS，18A
Bouligand 等人在来自特兰西瓦尼亚山村的罗马尼亚兄弟姐妹患有正常的低促性腺激素性腺功能减退症（HH12; 614841 ）（2009）鉴定了 GNRH1 基因中 1-bp 插入（18insA） 的纯合性，预计会导致异常肽的产生，该肽信号序列被截断，缺乏疏水核心，总长度为 42 个氨基酸，而不是正常的 92 个氨基酸。未受影响的父母和未受影响的姐妹是该突变的杂合子，200 名与祖先匹配的罗马尼亚对照中的 1 名也是如此；单倍型分析表明早于 8 到 50 代的创始事件。在 100 名无关的高加索正常性腺个体或 145 名患有散发性正常 IHH 的无关高加索患者中未发现该突变。使用 AtT20 垂体细胞的转染研究表明，GnRH 存在于由转染野生型 GNRH1 的细胞调节的培养基中，但在由转染 GNRH1 18insA 突变体的细胞调节的培养基中检测不到。

.0002 意义不明的变体
GNRH1，1-BP DEL，87A
该变体被归类为意义不明的变体，因为它对促性腺功能减退症（见614841）的贡献尚未得到证实。

陈等人（2009 年）分析了 310 名正常性低促性腺激素性性腺功能减退症（HH） 患者的 GNRH1 基因，并确定了一名亚美尼亚男孩的 1 bp 缺失（c.87delA） 的纯合性。该突变导致移码，预计会导致过早终止密码子（Gly29GlyfsTer12）。他来自亚美尼亚同一个小村庄的未受影响的父母的突变状态没有被报道；然而，在 192 个对照中未发现缺失。作者还对先证者的 FGFR1（ 136350 ） 和 PROKR2（ 607123 ） 基因进行了测序，但未检测到突变。受影响的男孩在 8.75 岁时最初被评估为小阴茎和隐睾，没有骨骼或中线缺陷。促黄体激素（LH；152780） 和促卵泡激素（FSH；见136530 ） 水平低于 0.5 IU/L；抗苗勒管激素（AMH; 600957 ） 低正常，表明存在睾丸支持细胞。人绒毛膜促性腺激素（hCG；见118860） 刺激试验没有产生血清睾酮的变化。睾丸固定术时的睾丸活检显示未成熟的曲细精管没有管腔、性腺样细胞、未成熟的支持细胞和具有梭形肌成纤维细胞的间质纤维化。在 13.5 岁时，由于缺乏青春期发育，他接受了 GnRH 刺激测试，LH 和 FSH 的增加很少。在正式测试中，他的嗅觉正常。睾酮治疗导致第二性征的线性生长和发育，在 15.5 岁时包括面部毛发和 Tanner V 期阴毛。