南方海洋科学与工程广东省实验室（广州）（以下简称广州海洋实验室）海洋动物适应机制研究及进化医学资源挖掘团队，通过比较基因组与转录组分析，并结合功能实验，发现哺乳动物Wnt信号通路基因经分子演化与表达调控，致使负调控增强，这可能是其天然“隐睾”表型演化的分子机制之一。相关成果近日发表于《分子生物学与进化》（Molecular Biology and Evolution）。

天然“隐睾”哺乳动物Wnt信号通路基因的分子演化。研究团队供图，下同

在绝大多数雄性哺乳动物中，性腺（睾丸）在发育过程中会从腹腔逐步下降至阴囊，这是一个复杂且具有性二态性的、为哺乳动物所特有的发育过程。该过程依赖于引带的发育与迁移，由多种基因与信号通路共同调控。自然界中存在一些天然“隐睾”的哺乳动物，例如鲸豚类、单孔目和非洲兽总目物种，它们的睾丸终生留存于腹腔或腹股沟区域。这些天然“隐睾”哺乳动物是探究哺乳动物睾丸位置表型多样性的天然野生动物类群，同时，对深入揭示人类和家畜隐睾疾病的分子机制具有重要意义。

Wnt信号通路在性腺与肌肉发育中发挥着至关重要的作用，相关基因突变可导致引带发育不全以及睾丸下降障碍。然而，目前基于Wnt信号通路，对哺乳动物间睾丸位置表型差异背后的演化模式与分子机制，仍缺乏系统性的研究。

“隐睾”哺乳动物ZNRF3 G406S导致蛋白结合能力、细胞迁移的改变。

在国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目资助下，研究团队首先对Wnt信号通路基因及其潜在非编码调控区展开演化分析。结果发现，天然“隐睾”哺乳动物支系特有的氨基酸和核苷酸替换、正选择以及加速演化等信号，主要集中在该信号通路具有负调控功能的组分上。其中，E3泛素连接酶家族成员ZNRF3主要通过调节Wnt受体复合物的稳定性来抑制信号的活化。天然“隐睾”哺乳动物特有的氨基酸替换（S406G）位于与DVLs结合的DIR功能域，研究推测该替换可能通过影响ZNRF3和DVLs的结合与互作，进而改变Wnt信号的传导。

进一步的分子对接和体外实验证明，ZNRF3 S406G能够显著改变其与DVLs的结合能力，并通过加强Wnt信号通路的抑制作用，进一步抑制细胞迁移能力。这提示天然“隐睾”哺乳动物ZNRF3 S406G在引带组织中的表达，可能通过削弱Wnt信号通路介导的细胞迁移，影响引带组织的发育以及牵引睾丸下降的能力。此外，双荧光素酶报告基因实验也表明，天然“隐睾”哺乳动物独特的保守非编码调控区的核苷酸变异，能够显著改变靶基因的表达。

Wnt信号通路基因在阴囊型睾丸（野生型）与自发隐睾（orl品系）大鼠间呈现显著不同的表达特征。

研究团队随后重新分析并挖掘了野生型（wt）和自发隐睾大鼠（orl）品系睾丸下降第二阶段引带组织的转录数据。结果发现，orl隐睾大鼠引带组织中部分Wnt信号通路基因的表达与wt大鼠存在显著差异：表达量高的差异表达基因大多具有该通路的负调控功能，而表达量低的基因均为正调控基因。这一结果进一步支持了Wnt信号通路的负调控增强与哺乳动物天然“隐睾”表型的形成有关。

论文通讯作者、广州海洋实验室教授杨光指出，该研究综合运用分子演化、转录组和体外细胞功能实验，揭示了基于Wnt信号通路的哺乳动物睾丸下降以及天然“隐睾”表型形成的分子机制。研究发现，天然“隐睾”哺乳动物在Wnt信号通路的蛋白质编码基因和保守非编码调控序列中存在特异性变化。

其中，ZNRF3的独特S406G可显著抑制Wnt信号以及Wnt信号介导的细胞迁移。同时，在自发隐睾orl大鼠引带组织中观察到正调控关键基因表达下调、负调控组分表达上调。这些证据共同表明，Wnt信号的抑制在哺乳动物睾丸位置表型多样性演化中起着关键作用，并为理解人类及动物隐睾症的遗传机制提供了新的启示。

相关论文信息：https://doi.org/10.1093/molbev/msaf310