CNPY3突变介导的TLRs通路异常在视神经脊髓炎中的致病机制研究

Neuromyelitis optica (NMO) is an autoimmune disease of the central nervous system(CNS), predominantly affecting individuals of Asian origin. The pathogenesis of NMO is not fully understood. Our preliminary study discovered a SNP mutation within the CNPY3 gene co-segregates with NMO in several NMO families by whole-exome sequencing, suggesting a potential pathogenic role of CNPY3 gene. Our further in-vitro study demonstrated that CNPY3 is the predominant chaperone of Toll-like receptors (TLRs), and the mutation results in abnormal TLRs pathway. We hypothesize that CNPY3 mutation is able to cause disorder of inflammatory factors and Th/Tregs imbalance through disturbing the TLRs signal pathway, leading to the damage of blood-brain barrier and the production of autoantibodies，and eventually cause or worsen NMO. The present study intends to investigate how CNPY3 is involved in NMO based on TLRs pathway cell model, patients-derived induced pluripotent stem cell model and CNPY3 transgenic mice model. Our study will demonstrate the mechanism of CNPY3 in the pathogenesis of NMO, and shed light on the important role of TLRs pathway in the autoimmune diseases of CNS.

视神经脊髓炎（NMO）是亚洲高发的神经系统自身免疫病，致病机理不详，高致残且易复发。目前尚未有明确报道与NMO相关的遗传致病基因。我们前期对多个NMO家系进行全外显子组测序发现存在CNPY3基因突变，提示CNPY3是该病遗传致病因素。我们进一步通过细胞实验证实，CNPY3是TLRs主导的分子伴侣蛋白，其基因突变导致免疫相关的TLRs通路异常。据此我们假设，CNPY3突变通过介导异常TLRs通路，引起机体炎症因子紊乱及Th/Tregs失衡，进而引起血脑屏障破坏与自身抗体产生，最终导致NMO发生或加重。本研究拟通过TLRs通路细胞学模型、患者来源的诱导多能干细胞模型、CNPY3基因突变小鼠模型等探讨CNPY3作为遗传因素导致NMO发病的机制。本研究将首次阐述NMO遗传致病因素，并揭示异常TLRs通路在神经系统自身免疫疾病发生中的重要作用，为精确诊断和靶向治疗奠定基础。

视神经脊髓炎谱系疾病（NMOSD）是亚洲高发的自身免疫性神经系统疾病，其发病机制不详，且与NMOSD相关的遗传致病基因至今尚未有明确报道。. 本课题的第一部分通过对 NMOSD 家系病例的DNA标本进行全外显子测序，寻找NMSDO的遗传易感基因。通过将测序结果经生物学信息分析后，确认了CNPY3基因新突变(chr6:42902216-G>A)，该突变致使第 52 位半胱氨酸变为酪氨酸。. 本课题的第二部分探讨CNPY3突变对Toll样受体（TLR）通路的具体影响。主要是通过构建CNPY3-C52Y点突变质粒和CNPY3单基因敲除的293T细胞系分别建立CNPY3基因突变过表达和CNPY3单基因敲除细胞模型，体外证明了：（1）CNPY3和gp96同为TLR通路的主要分子伴侣，共同参与TLRs的翻译后修饰；（2）CNPY3-Mut（c.155 G>A; p.C52Y）具有显性负性作用，其编码蛋白不仅自身无功能，还能抑制或阻断其他分子伴侣的作用，严重影响TLR1、TLR2、TLR4的整体表达水平或膜表达水平；（3）CNPY3-Mut的显性负性作用的具体机制为：CNPY3与gp96存在相互作用，且CNPY3-Mut（p.C52Y）与gp96的结合能力更强。. 本课题的第三部分构建CNPY3-Mut敲入小鼠，通过体内实验研究CNPY3-Mut（c.155 G>A；p. 52 C>Y）对 TLRs 的功能以及整个免疫系统的影响。结果发现突变纯合子小鼠出生即死；突变杂合子小鼠中约5%的个体存在多种血清细胞因子的异常增高。.通过本课题研究，揭示了NMOSD家系患者存在CNPY3基因突变。CNPY3是TLR通路的主要分子伴侣，参与了TLRs的翻译后修饰；其突变后的CNPY3-Mut（c.155 G>A；p. 52 C>Y）对TLR通路具有显性负性作用，而TLR通路异常能够改变机体自身免疫性抗体、炎症因子、Th/Tregs水平等，这些因素在NMOSD的发病机制中至关重要，因此推测CNPY3可能是NMOSD的遗传致病基因之一。本次研究结果不仅完善了NMOSD的遗传基因学研究，同时发现的基因突变位点CNPY3可能成为NMOSD基因治疗的靶点。