先天性尿道下裂病因學與解剖學研究進展

先天性尿道下裂病因學與解剖學研究進展

先天性尿道下裂病因學與解剖學研究進展

劉 星 魏光輝

(重慶醫科大學附屬兒童醫院泌尿外科 重慶市 400014)

先天性尿道下裂（Hypospadias）是兒童常見的外生殖器畸形，發病率約1 : 200 ~ 300，呈逐年上升趨勢。陰莖及尿道的發育畸形可直接導致生殖功能下降，影響患兒身心發育，成為日益嚴重的醫學與社會問題。

尿道下裂病因複雜，機制不明，與遺傳、激素代謝及環境等多種因素密切相關。目前，僅有不到5%的病例能明確病因，包括雄激素受體異常或基因缺失等。隨著近50年來工農業高速發展以及大量化學合成物的誕生與廣泛應用，全世界範圍內雄性生殖系統先天畸形（如尿道下裂、隱睾、精子數量減少等）的發病率與日俱增，提示尿道下裂發病率的增加除與易感基因相關外，還與環境污染物所致內分泌紊亂密切相關。

手術是治療尿道下裂的唯一方法。因尿道下裂患兒陰莖發育與下彎程度等表現不一，單一術式難以適用於所有患兒；術後併發症如尿瘺、尿道狹窄等仍較常見。術式的選擇與改良以及防治併發症等臨床關鍵問題需建立在對其異常解剖結構的充分研究基礎上。對於尿道板及陰莖海綿體的解剖學分析是目前國內外研究的熱點。下面闡述近年來有關尿道下裂病因學與解剖學研究的進展，以為相關臨床研究以及手術方式的改良提供參考。

基因及遺傳異常

近年來，尿道發育的部分基因調控機製得到闡明，證實尿道下裂的病因與多基因調控異常有關。首先，流行病學研究發現尿道下裂的發生有家族聚集傾向，且輕-中型較重型尿道下裂常見。再者，患者的基因組篩查發現：WT1、SF1、BMP4、BMP7、HOXA4、AR、SRD5A2、ATF3等多個單基因缺陷或突變與發病有關，且上述基因異常所致的尿道下裂僅在極少數重型病例中被發現，大多數尿道下裂病因仍然不能用單基因突變來解釋。胚胎髮育早期，調控男性外生殖器發育的基因發生突變或缺失都可能成為導致尿道下裂發病的重要原因。如WT1和SF1基因的突變不僅導致尿道下裂，還可能導致更嚴重的發育缺陷。尿道下裂病例研究顯示BMP4、BMP7、HOXA4、HOXB6、FGF8和FGFR2的突變與尿道下裂的發生有關，FGF8和FGFR2的多聚體變異同樣與發病有關。

性別分化相關基因與尿道下裂發病同樣密切相關，SRY、SOX9、SRD5A2基因是性別分化過程中起重要作用的因子，上述基因缺失、突變將導致胎兒尿道融合過程提前終止，從而導致尿道下裂。男性性別分化依賴於睾酮及其代謝產物以及相應的功能性雄激素受體（AR）的存在。AR在陰莖和尿道中廣泛表達，已有研究發現尿道下裂患者中AR基因存在突變，並推測由此導致了組織細胞對睾酮不敏感，影響細胞正常增值分化。另外，雌雄激素的平衡狀態在男性外生殖器發育中也十分重要。雌激素受體ESR1和ESR2同樣會在男性胚胎外生殖器中表達，尿道下裂的發生可能與其單核苷酸多態性有關。因ATF3作為雌激素敏感基因，激活後可能通過抑制細胞周期並激活雌激素受體的轉錄，導致細胞分化、凋亡異常。患者組織的微陣列分析顯示該基因在尿道下裂包皮組織中上調。免疫組織化學分析進一步證實86%的尿道下裂樣本中ATF3的表達呈陽性，而正常人包皮中僅為13%。ZEB1基因作為雌激素下游信號通路，其在重型尿道下裂包皮中表達明顯增加，也是尿道下裂的病因。

Hh（hedgehog）信號通路，包括Shh在內的基因，在胚胎髮育過程中也起到重要作用。Shh不僅啟動胚胎外生殖器的發育，並且調節外生殖器的雄性化進程。在對小鼠的研究中進一步發現，Shh基因定位切除後，胚胎期生殖凸起可形成但不會繼續生長，意味著外生殖器缺失。Shh通過調節其下游的尿道板上皮內Fgf 8 和Bmp7 及生殖結節間質中 Fgf10、Bmp2、Bmp4、Hoxa13和Hoxd13的表達，調控外生殖器發育及尿道形成。在對尿道下裂患者的隊列研究中發現，Shh、Gli1、Gli2和Gli3的單核苷酸多態性與發病危險性增加相關。Wnt信號通路是尿道發育中一條重要的信號通路，在生殖器發育的激素非依賴階段和激素依賴階段都發揮了作用。Wnt5a與外生殖器生長有關，Robinow綜合征患者中Wnt5a基因突變並伴有尿道下裂。小鼠敲除該基因後外生殖器發育受阻，甚至缺失。WNT/β-catenin信號參與內胚層尿道發育，激活和維持Fgf8的表達，從而調節生殖結節發育。有學者觀察到敲除β-catenin會導致動物發生尿道下裂。

環境內分泌干擾物

環境內分泌干擾物 (environment endocrine disrupting chemicals, EEDCs) 是存在並積蓄於環境中，結構類似人和動物體內激素，通過影響體內激素的釋放、活性及代謝等過程而引起內分泌紊亂的化學物質，也稱環境激素。EEDCs不同於其他環境污染物，一旦進入動物體內，不僅可以導致其自身內分泌系統異常，同時因其不易分解和強蓄積性，可進而影響到下一代和食物鏈中的下游生物體。大量EEDCs最後以較高濃度進入高等動物體內，造成內分泌和生殖功能異常，對胚胎髮育的影響尤為顯著。非甾體類雌激素——乙烯雌酚（DES）就是一個典型例子：DES在上世紀70年代前被用來治療自然流產，但卻導致出生嬰兒發生先天性泌尿生殖器畸形及腫瘤的幾率大為增加。EEDCs對內分泌系統的干擾是多方面的，可表現為雌激素、抗雌激素、抗雄激素、類固醇合成酶抑制劑，以及具有作用於甲狀腺激素及其受體、下丘腦－垂體軸等功能。

內分泌干擾物已證實可導致動物尿道下裂，目前研究最多的包括：外源性雌激素、鄰苯二甲酸酯（Phthalate）、乙烯菌核利（Vinclozolin）、滴滴涕（DDT）及速克靈（Procymidone）等。EEDCs可能通過干擾性激素以及相關基因表達，進而使胚胎陰莖及尿道的細胞發生分化、遷移、凋亡等異常，最終表現為陰莖及尿道發育停滯、尿道口異位等畸形。受EEDCs影響的尿道發育相關基因中，目前研究最深入的包括ATF3、AR、ER、孕激素受體（PR）及轉化生長因子-β（TGF-β）等基因。

1. 外源性雌激素：乙烯雌酚（DES）、炔雌醇（EE）、17β-雌二醇（E2）等人工合成的非甾體雌激素能產生與天然雌二醇相同的藥理與治療作用，因此母體攝入後會干擾胎兒正常的激素水平，導致胎兒尿道下裂發生的幾率顯著增加，甚至影響到在宮內接觸過DES的女嬰的後代。EE的另一個致病機制可能與上調PR及AR表達有關：動物實驗發現EE能使雌性胎鼠、尿道下裂胎鼠以及非尿道下裂雄性胎鼠陰莖的PR表達量分別增加8.2、9.7與5.2倍，而睾酮顯著下調。EE還能分別使雌雄胎鼠陰莖AR表達水平分別提高5.4與4.5倍，使尿道下裂胎鼠的AR水平顯著增高。

2. 鄰苯二甲酸酯：鄰苯二甲酸酯類物質是EEDCs中重要一類，主要包括鄰苯二甲酸二（2-乙基）己酯（DEHP）、鄰苯二甲酸二丁酯（DBP）及其體內代謝產物鄰苯二甲酸單丁酯（MBP）與鄰苯二甲酸單辛酯（MEHP）等。用DBP誘導的大鼠尿道下裂，其睾丸中的睾酮合成限速酶，細胞色素P450膽固醇側鏈裂解酶（P450scc）、3β羥基類固醇脫氫酶（3β-HSD）和細胞色素P450 17α-羥化酶（P450c17）的mRNA表達水平均有不同程度下降，提示睾酮合成能力及體內睾酮水平下降。伴隨睾酮水平的下調，DBP亦可降低陰莖內AR、Shh及骨形成蛋白4（Bmp4）的表達，提示DBP影響雄激素信號系統的不同環節。DEHP能顯著上調尿道下裂胎鼠陰莖內ATF3及TGF-β1的表達並抑制陰莖細胞凋亡，提示DEHP可通過擬雌激素樣作用激活ATF3而致病。TGF-β1在組織細胞的增殖分化、間質形成、胚胎髮生中起著關鍵作用，與ATF3、Smad3/4等共同調節尿道上皮內性激素受體表達、介導細胞轉化及分化。DEHP導致的TGF-β1異常增多可能激活ATF3及ER，進而抑制類固醇生成以及尿道上皮增殖、細胞凋亡等，妨礙尿道發育。

3. 農藥：環境污染與尿道下裂相關性分析結果表明，單位面積的農藥使用量與尿道下裂發生密切相關。學者們先後對部分農藥致病機制進行探索：乙烯菌核利（Vinclozolin）是一種具有抗雄激素作用的殺菌劑，Buckley等研究發現乙烯菌核利能上調雄性胎鼠陰莖內ERα與PR基因表達水平，與鄰苯二甲酸酯類物質抗雄激素樣效應近似。速克靈（Procymidone）是另一種具有抗雄激素作用的殺菌劑，能拮抗AR表達從而使雄性胎鼠發生尿道下裂。與之相似，有機磷農藥敵敵畏的致小鼠尿道下裂機制可能與下調陰莖中AR的表達有關。

如何預防尿道下裂的發生是將來研究的重點。除做好產前易感基因篩查外，需明確EEDCs與尿道下裂的相關性，運用科學手段控制污染，有效預防危害因素對胎兒發育的影響。

飲食、生活方式及孕期環境

有文獻報道長期素食的孕婦其後代發生尿道下裂的幾率較均衡飲食者高，原因可能與蔬菜中植物雌激素含量較高、蔬菜中殘留農藥殺蟲劑等有關。煙草中某些物質具有抗雌激素作用，且會誘導睾丸支持細胞特異基因DHH的改變，因此孕期吸煙會導致胎兒罹患尿道下裂的風險增加。孕期接觸某些藥物，如戊丙酸、帕羅西丁、洛哌丁胺等，同樣會增加生育尿道下裂患兒的風險。低出生體重兒與重型尿道下裂的發生具有一定相關性，這可能與胎盤功能失調、促絨毛膜性腺激素分泌減少有關。

胚胎髮育與解剖學改變

妊娠第5周時，在泄殖腔膜的兩側發生一對隆起，稱為泄殖腔褶。該褶於尿生殖竇的腹側匯合形成中線隆突，稱為生殖結節。隨後在生殖結節的兩側各發生一個生殖突，同時在生殖結節的腹側正中形成一條溝，稱為尿道溝。尿道溝兩側的隆起成為尿生殖褶。尿道溝的底部即為泄殖腔膜，此時仍為未分化期的外生殖器。直到妊娠第7 ~ 8周以後開始向男性或女性分化，第10周時可分辨胚胎的外生殖器性別。在睾酮作用下，男性胚胎的生殖結節發育為陰莖。尿道溝兩側的尿生殖褶由近端逐漸向遠端融合形成閉合的尿道。目前，關於陰莖頭部尿道的發生機制仍有爭議：一種理論認為陰莖頭外胚層細胞向內生長一個細胞索，細胞索與尿道溝貫通；一種理論認為陰莖頭段尿道同樣是尿道溝向遠端融合形成。妊娠第12周時，陰莖頭處形成皮膚反折，形成包皮。陰莖含有三個胚層來源的組織：皮膚源自外胚層，尿道上皮源自內胚層，間質組織（海綿體、脈管系統、結締組織和真皮等）來源於中胚層。

尿道下裂患者陰莖的解剖結構與正常陰莖比較，其腹側尿道、尿道海綿體及包皮發育不全或缺乏。尿道口異位、包皮及系帶缺損、陰莖下彎是尿道下裂的典型臨床表現。尿道口可位於會陰至陰莖頭的任何位置，約70%異位於陰莖體及其以遠的部位，約30%異位於陰莖根及其以近的部位。近年來，臨床工作中發現似乎重型尿道下裂的比例在增加，有待多中心的流行病學調查佐證。尿道下裂類型與陰莖下彎程度相關：尿道口位置越在近端，陰莖下彎越明顯，陰莖海綿體腹側表面纖維索帶樣組織也越顯著。其纖維索帶樣組織由排列相對整齊的纖維組織組成，Ⅰ/Ⅲ型膠原比例明顯高於正常組織，證明陰莖海綿體腹側表面組織的病理學基礎為纖維索帶，是尿道下裂陰莖下彎的發生原因。因此，在尿道下裂矯正手術中有必要松解切除陰莖海綿體腹側表面纖維索帶，以達到矯正陰莖下彎的目的。陰莖下彎的原因除陰莖海綿體腹側表面纖維索帶樣組織牽拉外，還與陰莖海綿體不對稱發育有關。通過超聲及彈性成像技術，發現尿道下裂陰莖海綿體往往發育不良、彈性下降。正常陰莖皮下組織由平滑肌纖維構成，纖維組織結構整齊；而尿道下裂皮下組織的平滑肌纖維發育不良、排列紊亂，失去平行排列結構，可能導致其皮下纖維組織彈性下降，影響手術效果。

尿道下裂和正常陰莖的神經分布類似，陰莖背神經集中於陰莖海綿體背側1點與11點方位向陰莖遠端分布。術中應注意保護神經，以保證陰莖頭感覺及勃起功能。尿道下裂與正常陰莖的血管特點差異較大：尿道下裂陰莖頭與尿道海綿體末梢之間分布的血管數量減少、血管腔增大，而正常陰莖分布的毛細血管管腔細小、呈扇形沿著尿道分布至陰莖頭。通過對尿道下裂患兒包皮及皮瓣血管蒂的血管分布研究發現，包皮淺筋膜深層血管分布類型呈現五種類型：①1支主導血管，佔42.4%；②2支主導血管，佔34.7%；③3支主導血管，佔13.6%；④多支主導血管，佔2.5%；⑤無明確主導血管，佔6.8%。血管分布類型與尿道下裂的嚴重程度無明確對應關係。明確了尿道下裂的血管神經分布特點，有利於手術時選取最佳皮瓣設計，提高手術成功率。

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