Nature子刊：一个碱基的突变，让雌性小鼠长出睾丸

撰文丨王聪

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

通常情况下，具有两条 X 染色体的雌性小鼠胚胎会发育出卵巢，这是因为一种名为 Sox9 的基因受到抑制。而在具有 XY 染色体的雄性小鼠胚胎中，Sox9 基因的表达会触发睾丸的发育。

正常情况下，具有XX染色体的雌性会发育出卵巢，这是因为它们的 SOX9 基因被抑制，而具有XY染色体的雄性会发育出睾丸，这是因为它们的 SOX9 基因表达，启动了 睾丸的发育。

在雄性中，SOX9 基因受到一个非编码 DNA 序列——Enh13的调控，其作为增强子促进 SOX 的表达，删除 Enh13 会导致 XY 小鼠发育成雌性，而 Enh13 的改变会对雌性产生什么影响，目前还不清楚。

2026 年 4 月 9 日，以色列巴伊兰大学的研究人员在 Nature 子刊Nature Communications上发表了题为：A single-nucleotide enhancer mutation overrides chromosomal sex to drive XX male development 的研究论文。

该研究发现，增强子Enh13上的单碱基突变就能够超越染色体性别决定机制，促使 XX 染色体小鼠发育为雄性，长出雄性生殖器和睾丸。这项研究表明了 Enh13 既是SOX9的增强子也是其沉默子，并首次揭示了决定胚胎发育出卵巢还是睾丸的分子机制。

性别决定的奥秘

在哺乳动物中，性别决定是一个精密而复杂的过程。传统观点认为，性别是由性染色体决定——XX 为雌性，XY 为雄性。其中，Y 染色体上的SRY基因被认为是启动雄性发育的关键开关，它能激活SOX9的表达，而 SOX9 是支持细胞分化和睾丸发育的主调控因子，驱动对睾丸形成至关重要的下游靶基因的转录，进而推动睾丸的形成和雄性特征的发育。如果 SRY 或 SOX9 功能异常，即使个体拥有 XY 染色体，也将发育为雌性。相反，卵巢发育则需要抑制 SOX9 的表达。

这两种相互拮抗的遗传程序必须保持精确平衡，任何微小的扰动，都可能导致性别发育的异常。

意外的发现

研究团队此前已经发现了一个名为Enh13的非编码序列，其作为增强子，位于SOX9基因上游约 565 kb 处，对于 SOX9 在睾丸中的表达至关重要。当 Enh13 被删除时，SOX9 表达水平下降 80%，进而导致 XY 个体发育为雌性，即便它们拥有完整的 Y 染色体和 SRY 基因。

然而，这项最新研究却揭示了一个完全相反的现象：Enh13 内的一个微小突变，竟然能让 XX 个体发育为雄性。

研究团队通过 CRISPR-Cas9 基因编辑技术，在小鼠 Enh13 的 SOX9 结合位点引入了两种微小突变：一种是 3 个碱基对的缺失（-3bp），另一种是单个碱基对的插入（+1b p）。令人惊讶的是，携带这些微小突变的 XX 小鼠竟然表现出完全的性别逆转，长出了雄性生殖器官和睾丸。

在 Enh13 的 SOX9 结合位点删除 3bp

在 Enh13 的 SOX9 结合位点插入 1bp

从雌性到雄性的转变

这些 XX“雄性”小鼠的外观和内部解剖结构都与正常雄性小鼠无异，只是睾丸较小且缺乏精子，这是因为它们缺少 Y 染色体上的必要基因。

在胚胎发育阶段，这些 XX 个体的性腺呈现出不同程度的卵睾体特征——部分组织像睾丸，部分像卵巢。通过转录组分析，研究团队发现，这些性腺同时表达了睾丸和卵巢的相关基因。

随着发育的进行，睾丸特征逐渐占据主导地位，到出生后第 1 天，大多数突变个体的性腺已经主要表达 SOX9，只有极少数细胞仍表达卵巢标志物 FOXL2，到了成年期，这些 XX 个体的性腺完全转化为睾丸组织，不再表达任何卵巢特征。

机制揭秘：一个精妙的开关

那么，这一非编码序列中的微小突变，是如何推翻染色体性别的呢？

研究团队发现，关键在于Enh13增强子的特殊结构，Enh13 不仅包含 SOX9 和 SRY 等促雄性因子的结合位点，也包含 RUNX1、NR5A1 和 GATA4 等促雌性因子的结合位点。特别有趣的是，Enh13 与 SOX9 的结合位点和与 RUNX1 的结合位点完全重叠。

研究团队进一步提出了一个作用机制模型——在 XY 性腺中，SRY 特别是通过其与 NR5A1 的功能相互作用，激活 Enh13 并诱导 SOX9 表达，随后 SOX9 通过自身激活进一步增强其自身表达，从而导致睾丸发。而在 XX 性腺中，包括 RUNX1 在内的双能因子结合 Enh13 并介导 SOX9 的抑制，随着 FOXL2 表达的开始，促雌性因子协同作用以完全抑制 SOX9，从而允许卵巢发。而 Enh13 发生微小突变后，其并未消除与 SOX9 的结合，而是阻止了双能因子 NR5A1、GATA4 和 RUNX1 的抑制作用，从而允许足够的激活能力使 SOX9 的表达超过了雌性性腺中所存在的最低阈值，一旦 SOX9 开始表达，它就会进一步结合 Enh13，增强自身表达，形成一个正反馈循环，最终完全压制卵巢发育程序，推动睾丸形成。

对人类疾病的意义

这项研究最引人注目的发现是性别决定系统的极端敏感性——仅仅一个碱基的改变，就足以颠覆整个性别发育路径。

这种敏感性揭示了性别决定系统如同一个精密的天平，微小的扰动就可能导致平衡的彻底改变，而 Enh13 增强子就是这个天平的核心支点，整合来自促雄性因子和促雌性因子的信号，决定最终的性别发育走向。

这项研究不仅增进了我们对性别决定机制的理解，也对人类性别发育障碍的研究具有重要意义。

研究团队表示，约 50% 的性别发育障碍患者的病因无法通过基因诊断确定，部分原因在于，用于识别致病突变的测序技术通常只针对编码蛋白质的编码基因，而这项研究表明，基因组中的非编码区域，例如 Enh13 的微小改变，足以导致性别逆转。

论文链接：

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