EGLN1基因突变通过PHD2/HIF-1A通路调节紫绀型先天性心脏病患者的低氧耐受能力

摘要

背景:　　先天性心脏病(Congenital heart diseases,CHD)是居于首位的出生缺陷，其发生率约为7~10‰，因其临床症状重治疗费用高而成为关乎国计民生的常见儿童心血管疾病之一[1-3]。紫绀型先天性心脏病(Cyanosis Congenital Heart Disease,CCHD)是先天性心脏病中的一种严重类型，包括法洛四联征（ TOF）、大动脉转位(TGA)、右室双出口（DORV）、肺动脉闭锁(PA)和单心室（SV）等类型。因其特殊的解剖结构改变导致右心室的血不能进入肺部毛细血管充分氧合而直接分流入左心室，导致机体长期缺氧。CCHD的发病率约为0.08~0.12‰，发病率较CHD低，但CCHD患儿临床症状更严重，可能出现四肢瘫软、惊厥、脑血管意外甚至猝死，这些患者大多需要外科手术矫正治疗[4]。长期慢性缺氧会导致低氧血症，这部分CCHD患者可能出现发育不良、惊厥、甚至猝死，预后差[5-7]。因此，对于低氧环境的耐受能力影响患儿的远期预后。　　大量文献报道PHD2(prolyl-4-hydroxylase2)/HIF-1A(hypoxia-inducible factor-1A)是重要的低氧耐受调节信号通路，能够调节细胞在低氧环境下的存活能力。常氧时，由EGLN1基因编码的PHD2蛋白使HIF-1A ODD区域的脯氨酸羟基化，导致HIF-1A与VHL（ von Hippel–Lindau）结合而降解；低氧时，PHD2蛋白的羟化作用被抑制， HIF-1A与VHL解离，然后与B亚基形成完整的HIF二聚体启动转录，使下游靶基因表达增加，血管生成增加，红细胞生成增加，无氧糖酵解增加，从而对抗低氧的危害[8]。　　CCHD多是由于各种突变致使胚胎时期心脏发育异常而导致的。多个基因突变与先天性心脏病的发生具有相关性，如NKX2-5、GATA4、TFAP2B等[9]。而PHD2/HFI-1A通路作为低氧调节的关键通路，在紫绀型先天性心脏病的低氧适应中有重要作用。但目前关于EGLN1基因突变对CCHD低氧适应的影响机制目前尚不清楚。　　目的:　　探讨EGLN1基因突变对CCHD患者低氧耐受能力的影响以及基因突变对低氧耐受能力影响的发生机制，从基因层面更深入地理解CCHD，为改善CCHD患者的缺氧症状提出更好的个体化建议，也为药物研究提供新的靶点和思路。　　方法:　　收集重庆医科大学附属儿童医院126例CCHD患儿全血，提取DNA，对EGLN1基因外显子、3'UTR、5'UTR、以及转录起始位点上游2kb区域进行二代测序，利用生物信息学技术筛选出突变位点，并用Sanger测序验证该位点。然后根据测序结果将临床病例分为突变组和野生组，分析两组CCHD患儿缺氧发生率的差异和侧枝血管的差异情况。　　针对筛选出的EGLN1基因突变位点，利用PCR扩增制备EGLN1基因蛋白编码区基因片断，将不同基因型片断分别插入GV230载体，构建不同基因型重组质粒：突变质粒，野生质粒。各重组质粒进行酶切并测序鉴定。然后将重组质粒用脂质体法分别转染HEK293细胞。采用蛋白质印迹技术（Western blot)分析不同基因型PHD2蛋白表达量。利用实时荧光定量PCR(real-time RT-PCR)和Western blot进一步分析EGLN1下游靶基因如HIF-1A、血管内皮生长因子（VEGF）、促红细胞生成素（EPO）及己糖激酶1（HK1）的mRNA和蛋白表达差异。　　用SPSS Statistics20.0软件统计实验结果，计数资料用卡方检验，计量资料用均数±标准差( x± s)表示，采用单因素方差分析。p<0.05表示结果有统计学意义。　　结果：　　126例CCHD患儿中有46例存在EGLN1基因rs12097901位点由G碱基突变为C碱基，即c.380G>C，该位点突变导致原来的半胱氨酸被丝氨酸所取代，该位点经sanger测序验证结果与二代测序结果一致。将126例病例分为突变组和野生组，比较两组缺氧发生情况，突变组的缺氧发生率为36.96%(17/46)，野生组缺氧发生率为65%(52/80)，突变组缺氧发生率较野生组低。比较两组侧枝血管形成情况，发现突变组侧枝血管形成率为50%(23/46)，野生组侧枝血管形成率为27.5%(22/80)，突变组侧枝血管形成率较野生组高。　　酶切和测序鉴定重组质粒，成功构建EGLN1c.380G>C突变型质粒和野生型质粒。将重组质粒转染入HEK293细胞，分别在常氧及低氧时比较不同基因型转染细胞的mRNA和蛋白表达量差异，发现低氧时（3%O2）突变组较野生组PHD2蛋白表达量更低。此外，突变组下游靶基因VEGF、EPO的mRNA和蛋白表达量更高，HIF-1A蛋白表达量更高， HK1蛋白两组表达无明显差异。常氧时（21%O2），HIF-1A、VEGF、EPO、HK1的mRNA和蛋白表达量无统计学差异。　　结论：　　CCHD患儿存在EGLN1基因rs12097901位点c.380G>C突变，与野生组相比，突变组缺氧率更低、侧枝血管形成率更高，这说明c.380G>C突变可能与CCHD的低氧适应和侧枝血管形成具有相关性。　　Western Blot和RT-PCR检测实验发现低氧时EGLN1c.380G>C突变导致HIF-1A、VEGF、EPO表达上调，新生血管生成增加，携氧红细胞数量增加，从而提高CCHD患儿低氧耐受能力，说明c.380G>C突变是一种保护性突变，能够增加患儿低氧耐受的能力。这可能是CCHD患儿低氧耐受的分子遗传学机制之一。

目录

声明

英汉缩略语名词对照

前言

第一部份 紫绀型先天性心脏病患者EGLN1基因多态性筛选

1 资料与方法

2 实验结果

3 讨论

4 小结

第二部份 EGLN1基因c.380G>C突变的功能研究

1 资料与方法

2 实验结果

3 讨论

参考文献

文献综述:低氧耐受机制研究进展

致谢

攻读学位期间发表论文及学习经历