【摘 要】
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背景:肺动静脉畸形(PAVMs)是一种以肺部动脉和肺部静脉直接连通为主要特征的血管性疾病,其可通过CT或者增强CT明确诊断。当这种病理改变累及到整个肺叶的小动脉和小静脉时候,则称之为弥漫性肺动静脉畸形(dPAVMs)。遗传性毛细血管扩张(HHT)是目前肺动静脉畸形最常见原因。研究表明约80%-90%的PAVMs是由HHT引起。到目前为止,通过采用候选基因法和外显子组测序等技术,共鉴定出了4个与肺动
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背景:肺动静脉畸形(PAVMs)是一种以肺部动脉和肺部静脉直接连通为主要特征的血管性疾病,其可通过CT或者增强CT明确诊断。当这种病理改变累及到整个肺叶的小动脉和小静脉时候,则称之为弥漫性肺动静脉畸形(dPAVMs)。遗传性毛细血管扩张(HHT)是目前肺动静脉畸形最常见原因。研究表明约80%-90%的PAVMs是由HHT引起。到目前为止,通过采用候选基因法和外显子组测序等技术,共鉴定出了4个与肺动静脉畸形疾病相关的HHT基因。然而,仍有10%-20%的PAVMs的发病原因不明,使用已知的致病基因及其突变无法解释,这提示PAVMs的遗传特征具有异质性,新的致病基因可能会存在。通过收集一个近亲结婚的弥漫性肺动静脉畸形家系,并进行已知基因筛查和排除、外显子组测序和生物信息学等筛选、正常人群突变鉴定及细胞系和模式动物的功能学研究,进而发现弥漫性肺动静脉畸形新的致病基因,并对其可能机理进行探讨。方法:收集家系成员先证者及其家属的外周血和先证者肺部活检组织,收集500名对照个体的外周静脉血。使用蛋白酶K法提取DNA,使用Sanger测序技术筛查已知致病基因EVG、ACVRL1、SMAD4和RASA1;使用外显子组测序(WES)和微阵列比较基因组杂交(aCGH)技术对弥漫性肺动静脉畸形家系进行全基因范围的筛查,以筛选潜在的可能致病基因和突变。使用遗传模式分析、Exac数据库、SIFT和polyphen-2等技术进行生物信息学分析,确定最终候选基因。使用CD31等指标对先证者的肺组织微血管畸形情况进行检测,使用免疫组化技术分析候选基因在先证者活检肺组织中的表达情况和血管内皮生长因子(VEGF)的表达情况,使用普鲁士蓝染色观察先证者肺组织的Fe3+水平。采用lipo2000转染试剂进行转染,观察将NARFL基因的野生型和p.Ser161Ile突变型真核表达pCMV-HA质粒,转入HEK293T细胞,研究其对NARFL mRNA稳定性的影响。采用lipo2000转染试剂进行pSUPER真核干扰质粒转染,观察将NARFL基因敲降对乌头酸酶活性的影响。采用CRISPR/Cas9技术对斑马鱼进行基因编辑,使narfl形成不同基因型的突变,采用PAGE凝胶电泳和Sanger测序检测narfl在斑马鱼胚胎中的基因型;使用碱性磷酸酶染色观察斑马鱼血管的异常表型;运用激光共聚焦显微镜观察血管带有荧光的突变型斑马鱼肠下血管变化情况;采用RT-PCR技术检测突变型斑马鱼的超氧化物歧化酶和过氧化氢酶的表达水平。结果:排除了已知基因ENG、ACVRL1、SMAD4和RASA1的突变后,发现了一个新的致病基因及其突变:NARFL基因,纯合性错义突变(hg19NM022493 c.482G>T,p.Ser161Ile)。纯合突变存在于先证者和其姐姐中,而在祖母、外祖母、父母、哥哥成员中为杂合存在,在外祖父中为野生型。在500名对照个体中和Exac数据库中均未发现此突变,证实其不是单个核苷酸多态性(SNP),且具有基因型和临床表型的共分离。先证者肺组织CD31等血管内皮细胞指标显示其血管畸形明显,VEGF表达和Fe3+水平明显升高。pCMV-HA-NARFL野生型和突变型真核表达载体转染HEK293T后,与野生型组相比,Ser161Ile突变型NARFL mRNA和蛋白稳定性明显下降,降解速度加快。在HEK293T中NARFL敲降后,乌头酸酶的活性明显降低。斑马鱼模型研究发现,narfl敲除后的斑马鱼出现肠下血管畸形的异常表型。激光共聚焦显微镜观察了野生型和Ser161Ile突变型的肠下血管畸形情况,发现突变体肠下血管异常出芽,静脉主芽回缩受抑制,肠下血管重塑障碍。突变型斑马鱼中的超氧化物歧化酶(sodl)和过氧化氢酶(cat)表达水平明显降低。结论:近亲结婚的弥漫性肺动静脉畸形家系中通过WES发现新的致病基因NARFL及其纯合性突变Ser161Ile。突变型NARFL mRNA稳定性下降,敲降NARFL后乌头酸酶的活性降低。Narfl敲除的斑马鱼出现肠下血管畸形、肠下血管出芽回缩受抑制、相互连接血管长度缩短,亦出现sodl和cat水平降低的表现。这些结果表明NARFL是dPAVMs致病基因。
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