AQP4基因多态性与视神经脊髓炎易感性的关联分析及作用机制研究

Neuromyelitis Optica (NMO) is an autoimmune water channel disease in the central nervous system (CNS) mainly involving the young adults. Despite of the unclarified underlying pathogenesis, aquaporin 4 (AQP4) protein on the membrane of the astrocytes (AS), and its antibody AQP4-IgG, have been suggested to play key roles in the pathogenesis of the disease. In our previous preliminary studies, we have found that the susceptible SNPs loci were present in both promoter regions and 3'UTR regions of the AQP4 gene. Furthermore, our study with small sample size has demonstrated that SNP rs1058424 locus might be the key predisposing factors leading to the pathogenesis of NMO. However, the mechanism of the relevant gene is still unknown. On this basis, we aimed to: 1) investigate the influence of non-coding region, especially the 3'UTR region, on the NMO susceptibility by increasing the sample size; 2) study the role of 3'UTR region on AQP4 antigen expression and NMO pathogenesis by in vitro cell experiment and in vivo animal experiment; 3) verify AQP4 gene functions using AS derived from induced pluripotent stem cells (iPS) in vitro. Our study will be helpful in confirming the role of AQP4 genes in the pathogenesis of NMO, also in finding a new drug target for NMO.

视神经脊髓炎(NMO)是青壮年常见的神经系统免疫相关性水通道蛋白病。尽管发病机制不详，但星形胶质（AS）细胞的水通道蛋白4（AQP4）及其抗体AQP4-IgG起关键作用。我们前期研究发现AQP4启动区及3'UTR区存在NMO易感的SNP位点，小样本分析表明3'UTR区rs1058424位点是导致NMO易感的关键因素，但作用机制不详。本项目拟结合基因测序和实验模型进一步研究：1）增加标本量，明确AQP4基因非编码区尤其是3'UTR区SNP对NMO易感性的影响；2）采用细胞及动物实验研究3'UTR区对AQP4异构体表达及正交排列结构（OAP）的调控作用；3）利用诱导多能干细胞（iPS）技术获得含有易感SNP患者的AS细胞，验证SNP与miRNA等对AQP4抗原表达及NMO发病的影响。本研究旨在阐明AQP4基因非编码区在NMO发病机制中的作用，为寻找NMO新的药物靶点奠定理论基础。

视神经脊髓炎是一种以体液免疫介导为主的中枢神经系统自身免疫性脱髓鞘疾病。目前认为环境因素作用于遗传易感个体而诱发异常自身免疫应答，导致NMO发生与发展。.本课题组第一部分对AQP4基因SNP位点进行基因分型检测，重点研究AQP4基因3’UTR区SNP在NMO发生频率及其SNP基因型的分布特点。结果发现在 AQP4启动子0中观察到14个多态性位点，在AQP4启动子1中观察到6个多态性位点。其中，AQP4抗体阳性患者AQP4启动子0-1003bp（AG）位点的多态性频率显著高于AQP4抗体阴性患者和对照组。. 本课题第二部分探讨探讨AQP4基因多态性与国人NMO临床表型的遗传相关性及分子机制。通过人源性AS细胞模型及NMO动物模型探讨3’UTR区SNP（rs1058424）与miRNA相互作用对AQP-M1及AQP4-M23异构体的转录后调控作用。结果发现14个没有非同义突变低频率的新SNP。3’UTR单倍型ATATGGAT可能对NMO具有保护作用。miRNA323-3p对AQP4基因表达有调控作用，但3’-UTR区rs1058424碱基改变并不影响miRNA323-3p对AQP4基因的调控。. 本课题第三部分利用电转的方法制备相应的iPSC，进步将iPS转化为AS（iPS-AS）细胞，研究AQP4基因作用机制，并在细胞水平上检测启动区功能。结果显示，与对照组（不含3’UTR区）质粒相比，转染后细胞的荧光素酶活性显著降低。qRT-PCR检测AQP4-M1，AQP4-M23及AQP4-M1mut组mRNA表达。结构显示：与AQP4-M1组相比，AQP4-M23联合M1转染组较M1组mRNA表达显著增高；AQP4-M1mut组联合M1转染组较M1组mRNA表达显著增高。. 通过本课题研究表明，AQP4-启动子0的-1003bp（A-G）位置的多态性与抗AQP4抗体的存在相关。NMO和MS患者的血清外泌体miRNA的表达具有明显差异，miRNA-323-3p可能通过与AQP4基因3’-UTR区某一特定位点结合起调节作用，从而参与NMO发病。本次研究结果可为开发作用于外泌体miRNA或者AQP4基因3’-UTR区的NMO新型药物治疗奠定基础。