尿道下裂形成的发育基础和分子机理

Hypospadias are very common malformations in now days, and the frequency of hypospadias has increased in recent decades. The dysfunction of androgen signaling is closely related to the malformation, and endocrine-disrupting chemicals in our environment was thought to play key roles. Until now, knocking out androgen receptor (AR) or AR antagonist treatment failed to induce human hypospadias-like phenotypes. Our previous results revealed that, in specific developmental stages, AR antagonist treatment could induce hypospadias-like phenotype, based on this, we think it’s necessary to discover the time-specific function of AR in penile development and mechanism of sexual differentiation. In this project, we propose to use the earlier established conditional gene knockout model and hormone agonist/antagonist treatment, find out the hormone sensitive stages, and study time-specific function of AR and it’s relationship to hypospadias. The aim of this project is to understand the mechanism of hormone action in different cells and the expression pattern and levels of key developmental genes using in situ hybridization, immunohistochemistry, and QPCR, and discover hormone direct regulated genes using pathway specific PCR array and ChIP-PCR. We hope our data can help to understand the etiology and mechanism of congenital penile anomalies, and benefit the disease prevention and treatment.

男性外生殖器尿道下裂发病率高，且逐年增加。雄激素信号异常在其发病中起关键作用，环境中的激素干扰物受到普遍关注，但完全敲除受体或应用受体拮抗剂并不能观察到与人类似的畸形。我们前期研究发现，在特定发育时期用雄激素受体抑制剂可以使小鼠形成类似尿道下裂样表型，可见阐明雄激素在外生殖器发育不同阶段的功能及其调控分化的分子机理是有必要的。为此，本研究拟用已建立的条件基因敲除小鼠模型，结合外源激素和抑制物处理，明确激素作用敏感时期，系统研究外生殖器不同发育时期雄激素受体的功能及其与尿道下裂发生的关系；应用原位杂交、免疫组化、定量PCR等确定激素对不同组织类型细胞的行为的调节机理并了解已知发育调控基因的表达变化，应用PCR array及ChIP-PCR阐释受激素直接调控基因。以揭示激素作用及尿道下裂发生的细胞和分子机理，为其发病机制提供新的理论依据，也为临床防治提供新思路。

男性外生殖器先天畸形包括尿道裂，阴茎下弯畸形， 阴茎短小和两性人等。近年来这些疾病加起来在世界范围内的发病率已经接近男性婴儿出生总数的1％，我国尿道下裂的发病率以每年近7.5%的比例上升。该类疾病目前病因病机不清楚，研究表明，敲除雄激素受体导致雄性个体外生殖器和第二性征完全雌性化，但雄激素及其受体信号受到阻断如何导致尿道裂，阴茎下弯畸形， 阴茎短小等并不完全清楚，尤其是雄激素通过受体如何调节哪些下游基因一直没有明确。另一方面，环境中很多激素类似物和拮抗物都可以影响正常的激素分泌和信号传导， 很多研究者怀疑正是因为环境中这些激素干扰物的增加导致了该类疾病发病率的上升， 但这一怀疑并没有得到严格的实验证实。本项研究主要探讨了雄激素在阴茎发育过程中的不同阶段所起的作用，并探讨了运用常用激素干扰物阿特拉津对尿道裂形成的影响。.主要的研究内容包括构建Tamoxifen诱导型Cre在不同发育时期对雄激素受体进行条件敲除模型，评价雄激素受体在阴茎不同发育时期的功能；通过对比分析来确定激素对不同组织类型细胞的行为的调节机理， 同时运用RNAseq在基因组层次比较野生型和雄激素受体敲除小鼠基因表达差异；比较不同浓度阿特拉津（atrazine）对阴茎和睾丸发育的影响，并探讨阿特拉津影响阴茎发育的分子机理。.通过研究， 我们得到了以下主要结果：确定了尿道下裂，阴茎短小是由不同时期雄激素受体调控，胚胎发育中期雄激素信号干扰则影响了细胞凋亡和融合，导致管状尿道形成受阻，产生尿道下裂，小鼠出生后雄激素受体信号主要调节阴茎各部分细胞分裂，这时候干扰则导致阴茎短小，怀孕期接触阿特拉津， 则影响胎儿了雄激素合成不足，导致产生轻度尿道下裂和隐睾。该项研究同时发现了发育不同时间点雄激素调节的主要关键基因。 该项研究为解释尿道裂，阴茎短小等疾病的形成机理提供了依据，并对该内疾病的预防和治疗也能起一定的指导作用。