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姚永刚课题组在麻风遗传易感性研究方面取得系列进展
2016-12-18 | 作者:王东 | 来源:疾病机理遗传学与进化医学学科组 | 【小  大】【打印】【关闭】

  近日,中国科学院昆明动物研究所姚永刚课题组与昆明医科大学第一附属医院皮肤科主任医师李玉叶、玉溪市疾病预防控制中心、文山州皮肤病防治所开展合作,在麻风遗传易感性研究方面取得系列进展,为认识线粒体基因与麻风的遗传易感以及麻风易感基因集提供了丰富的信息。相关成果发表在Genes and ImmunityJournal of Dermatological Science、Scientific Reports、Infection, Genetics and EvolutionJournal of Dermatological Science上,昆明动物所博士王东、张登峰,硕士研究生李国栋、向阳林(昆明医科大学)等分别是这些论文的第一作者。

  麻风是一种由麻风分枝杆菌感染引起的古老的传染病,迄今已有4000多年历史。人类是麻风分枝杆菌的天然宿主。该病原菌主要侵犯人类巨噬细胞、外周神经施旺氏细胞,能够引起宿主较强的免疫反应,并损伤神经组织,最终导致皮肤损伤、肢体麻木、失明和肢端无痛性残疾。麻风具有多样的临床表型,可作为研究神经系统和免疫系统疾病的一种潜在的模式疾病。迄今,麻风虽然得到有效控制,但具体的致病机理尚未完全阐明。近年的研究发现,宿主的遗传背景和环境因素极大地影响麻风的遗传易感性。

  在漫长的进化历程中,麻风分枝杆菌基因组丢失了大量与能量代谢相关基因。这些基因功能丧失导致麻风分枝杆菌对宿主产生严重的生存依赖。线粒体是细胞最重要的能量供给场所,参与细胞凋亡、先天免疫应答等重要生理过程。同时,考虑到麻风分枝杆菌基因组中大量与能量代谢相关基因的丢失,推测宿主线粒体及其相关基因变异可能影响麻风分枝杆菌的感染。姚永刚课题组通过对云南玉溪和文山地区麻风病人的集中分析发现:

  (1)线粒体外膜蛋白LRRK2(富亮氨酸重复序列激酶2)位于功能结构域上的错义突变p.M2397T影响麻风的易感性,功能实验揭示p.M2397T对NFAT(活化T细胞核因子)的激活效应明显,且能抑制由神经毒素MPTP(1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氢吡啶)诱导的自噬。该结果提示LRRK2 p.M2397T与麻风分枝杆菌能引起机体免疫和神经系统损伤具有某种关联(Genes and Immunity, 2015)。

  (2)线粒体内膜蛋白OPA1(视神经萎缩1)是线粒体分裂和融合动态的主要调节因子。发现OPA1变异rs414237与麻风显著相关,尤其是瘤型麻风;另一OPA1变异rs9838374与多菌型麻风呈正相关,同时也表现出与瘤型麻风更相关的趋势。对公共数据库中麻风皮损组织基因表达谱分析发现,OPA1在麻风皮损组织中的表达下调,且在瘤型麻风病人中下降更为明显。这些结果提示OPA1是麻风的易感基因(Journal of Dermatological Science, 2015)。

  (3)针对线粒体内膜蛋白PARL(早老素相关菱形样蛋白)和PINK1(PTEN诱导假定激酶1)的遗传分析发现,PARL基因变异(rs12631031和rs7653061)和PINK1基因变异(rs4707)与麻风以及多菌型麻风显著相关。蛋白-蛋白相互作用网络分析显示,PARL和PINK1直接或者间接与报道的麻风易感基因PARK2、OPA1以及多个影响神经和免疫系统基因如HLA-A、HLA-DRA、HLA-DQB和IL10RA等相互作用,这为深入探索麻风神经损伤相关作用通路提供了潜在的候选基因(Scientific Reports, 2016)。

  (4)线粒体先天免疫蛋白MAVS(线粒体抗病毒信号蛋白)、MITA(干扰素基因刺激分子)和MFN2( 线粒体融合蛋白2)基因的遗传变异与麻风易感性没有相关性,提示线粒体先天免疫基因是否参与麻风易感需要更多的研究来确证(Infection, Genetics and Evolution, 2016)。

  虽然麻风的遗传易感基因有很多报道,但目前仍然存在一些问题有待阐明:1)这些基因在麻风发病过程中是否有表达差异,是否为麻风特异的易感基因? 2)它们之间有无相互作用? 3)是否可以基于多层面证据获得汇总的麻风易感基因集?为回答这些问题,姚永刚课题组对目前所有已报道的麻风相关基因进行了系统分析。通过数据库检索,获得227个报道的麻风相关基因,通过一个大规模的表达谱数据过滤,获得123个与麻风易感相关且同时在麻风患者皮损组织中表达有改变的基因,对这些基因进行疾病特异性分析和相互作用网络分析发现,这些麻风相关基因构成一个蛋白-蛋白相互作用网络,并显著地富集在自身免疫疾病相关通路。研究结果从表达水平、蛋白相互作用网络、疾病特异性等各层面,系统地揭示了麻风的遗传基础,汇总了迄今为止最为全面的麻风易感基因集。结合麻风杆菌潜伏期长、麻风临床表型主要取决于宿主遗传背景和免疫状态这一现象,以及系统分析结果,推测麻风的遗传基础与自身免疫病类似,可能是一种自身免疫病。该研究在Journal of Dermatological Science期刊发表后,被遴选为当期的“The Editor’s Choice”。

  另外,研究人员在研究的样本中,成功地验证到前人全基因组关联分析(GWAS)报道的rs3762318位点与麻风的相关性,而rs2275606位点与麻风的相关性没有得到验证。rs3762318位于C1orf141和IL23R基因之间,进一步的分析发现,rs3762318显著影响到与C1orf141紧邻的SLC35D1在肾上腺中的表达,SLC35D1在麻风皮损组织中表达显著下降。蛋白相互作用网络显示SLC35D1与报道的麻风相关基因具有遗传关联(CCDC122、CCDC88B和MRC1)和共表达(MRC1和IL18R1)模式。提示SLC35D1是麻风潜在易感基因。为进一步确认rs3762318所在区域基因SLC35D1、C1orf141、IL23R和IL12RB2与麻风的潜在相关性,研究人员对这些基因在家族性麻风与对照样本中进行了全外显子测序,发现SLC35D1和IL23R基因在病人中累积了更多的稀有错义突变,预测分析显示这些突变具有潜在致病性,提示SLC35D1和IL23R是麻风的易感基因。该研究在Journal of Dermatological Science期刊发表后,也被遴选为当期的“The Editor’s Choice”。

  研究工作得到了国家自然科学基金委、云南省和中科院的资助。

  论文链接: 

  1. Wang et al., Genes and Immunity, 2015; 16:112-119; 

  http://www.nature.com/gene/journal/v16/n2/full/gene201472a.html 

  2. Xiang et al., Journal of Dermatological Science, 2015; 80:133-141; 

  http://www.jdsjournal.com/article/S0923-1811(15)30041-4/abstract 

  3. Wang et al., Scientific Reports, 2016; 6:37086; 

  http://www.nature.com/articles/srep37086 

  4. Wang et al., Infection, Genetics and Evolution, 2016; 45:105-110; 

  http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1567134816303586 

  5. Zhang et al., Journal of Dermatological Science, 2016; 82:18-27; 

  http://www.jdsjournal.com/article/S0923-1811(16)30001-9/abstract   

  6. Li et al., Journal of Dermatological Science, 2016; 84:322-329; 

  http://www.jdsjournal.com/article/S0923-1811(16)30830-1/abstract  

1. 麻风富集了与自身免疫疾病相关的基因 

    

  2. 线粒体基因PARLPINK1影响麻风易感 

  

  

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