阿尔兹海默病关联的胆固醇调节基因变异及其机制研究
背景:阿尔兹海默病(Alzheimer' s Disease，AD)是与增龄相关、以渐进性认知功能障碍和记忆减退为主要症状、最常见的痴呆类型。作为老年期复杂中枢神经系统退行性变性疾病，AD具有多基因遗传背景，且发病机制复杂。胆固醇代谢稳态失调与认知功能障碍和AD有关，胆固醇调节相关的遗传变异也关联认知功能障碍和AD风险，然其机制依然不清。因此，在基因组和转录组水平开展AD病因学相关的系统研究将有助于探索AD的病因、生物标志物和致病机制，具有潜在的临床实际应用价值。 目的:1、在中国AD人群中识别新的AD风险相关胆固醇调节基因遗传变异及验证候选AD风险相关基因变异并进行功能分析。2、在课题组前期研究基础上开展胆固醇调节基因APOC1体外分子机制研究，初步探索AD潜在的致病机制。3、探索功能相关AD转录组水平差异表达谱。 方法:1、在854例AD患者、1059例AD源性轻度认知功能障碍(MCI-AD)患者和1254例认知正常老年对照共计3167例样本中，对12个胆固醇调节相关核受体基因和APOE共计13个基因进行靶向测序，筛选潜在变异并进行识别、验证和初步功能分析。2、利用分子微阵列质谱分型平台，在183例AD、255例MCI-AD患者和1544例对照共计1982例样本中，针对93个2015-2017年国际上报道但尚未在中国人群验证的、包括多个胆固醇代谢调节相关基因的遗传变异在内的、新的AD风险相关基因变异进行人群验证和致病性分析。3、对本组前期已证明关联AD风险的胆固醇调节基因APOC1，构建APCO1基因miRNA干扰重组慢病毒和APOC1基因过表达重组慢病毒分别感染MRC-5细胞，建立APOC1敲减和过表达的MRC-5细胞稳转系，600μmol/L双氧水处理后检测细胞增殖抑制、凋亡相关指标，如DNA复制活性、细胞凋亡小体、细胞质细胞色素C水平、活化的Caspase3和Caspase8表达量;建立APOC1敲减和过表达瞬时感染HepG2细胞模型，30mmol/L葡萄糖刺激后检测线粒体功能状态相关指标，如线粒体呼吸链酶复合物Ⅰ(ComplexⅠ)活性、线粒体膜电位变化。4、对29例AD患者、12例MCI-AD患者和4例对照共计45例样本的外周血RNA进行链特性RNA-seq和生物信息学分析，初步分析AD特异血液转录组表达谱。 结果:1、发现一个新的胆固醇代谢相关核受体基因低频变异，ESR1rs9340803A＞G(MAF: 0.38％)独立或协同APOEε4同时增加AD和MCI-AD患病风险[OR(95％CI):3.32(1.80～4.05),p＜0.001;OR(95％CI):4.69(1.39～5.89),p＜0.001]，并与疾病表型相关联，初步功能分析显示该变异可降低ESR1基因转录调控活性。2、发现胆固醇转运相关载脂蛋白基因低频变异CLUrs117389184C＞T(MAF: 0.50％)同时增加中国AD和MCI-AD患病风险[OR(95％CI):3.20(1.21～4.59)，p=0.013]，该变异可能会干扰转录因子结合，影响基因转录、表达。3、功能研究方面，成功构建了胆固醇调节基因APOC1敲减和过表达细胞模型，和对照组相比，APOC1过表达组细胞凋亡比例增高，增殖率降低，细胞质细胞色素C、活化的Caspase8和Caspase3表达升高，ComplexⅠ活性下降;APOC1敲减组细胞凋亡减少，增殖增多，细胞色素c表达降低，ComplexⅠ活性升高。4、相较于对照组，AD和MCI-AD患者存在差异表达基因622个(上调272个，下调350个)和差异表达的长非编码RNA(lncRNA)889个(上调341个，下调548个)，且与脂质代谢异常相关疾病及表型、神经退行性变性疾病等相关因素有关。 结论:1、首次发现胆固醇调节基因变异同时影响AD和MCI-AD的患病风险:在基因组水平，在AD-MCI-AD-对照队列人群中识别和验证了两个与AD和MCI-AD风险共享的低频变异ESR1rs9340803A＞G、CLUrs117389184C＞T，这两个变异可降低基因转录和表达，可能有病因学意义。2、在胆固醇调节基因细胞模型的体外研究中，APOC1表达增多损害线粒体功能，促进细胞凋亡，初步揭示了AD潜在的致病机制可能与APOC1参与胆固醇水平及分布稳态调节，影响线粒体功能和细胞凋亡有关。3、在AD-MCI-AD-对照人群血液转录组研究中，检测到AD和MCI-AD具有特异性差异表达谱，得到了分子功能和可能的发病机制的线索。以上研究结果可为进一步开展具有潜在的临床实际应用价值的研究提供依据。
阿尔兹海默病;轻度认知功能障碍;胆固醇调节基因变异;患病风险;致病机制
中国医学科学院北京协和医学院
博士
遗传学
杨泽
2019
中文
R749.16
2020-06-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）