原发性痛风易感基因KCNQ1在单核细胞内的功能及致病机制研究

Genetic factor is the main cause for gout. Previous studies have reported several risk-associated genes for gout which are mainly related to the metabolism of uric acid. The reason why almost hyperuricemia patients not take gout disease has not been known. We have defined a gout causal gene KCNQ1 which encodes a pore-forming subunit of the voltage-dependent K+ ion channel by GWAS (case 4619 VS 7924 control). However, the relationship between KCNQ1 and gout is still unknown. We found the excretion of IL-1β is regulated by KCNQ1 in monocytes. Thus we speculate KCNQ1 may affect monocyte function in gout pathogenesy. The study will be performed as follows: 1) human level: The effect of KCNQ1 rs179785 SNP on monocyte function will be studied. 2) animal level: The function of KCNQ1 in monocytes and gout will be studied in KCNQ1-/-mouse and air-pouch mouse model of gout. 3) cell level: Functional changes of monocyte cell line THP-1 will be observed when KCNQ1 gene is overexpressed or down-regulated by transgenetic technology. In this project, we will try to reveal new mechanisms of gout and provide new insights into the development of drugs for gout.

遗传因素是痛风发病的主要因素，但已知的痛风易感基因多与尿酸代谢有关，不能解释大部分高尿酸血症患者不发生痛风这一现象。课题组前期在痛风大样本队列中（痛风4619 VS 对照7924）通过GWAS发现了一个全新的痛风易感基因KCNQ1，它编码钾离子通道蛋白，但与痛风间的关联未知。我们初步研究发现，KCNQ1调控单核细胞IL-1β的分泌，推测其可能通过影响单核细胞的功能，参与痛风发病。本项目拟对此进行研究：1）人体水平：收集含有KCNQ1 SNP的单核细胞，研究其对单核细胞功能的影响及可能的机制。2）动物水平：构建KCNQ1基因敲除小鼠和新型痛风气囊小鼠模型，整体状态下观察KCNQ1对痛风发病及单核细胞功能的影响。3）细胞水平：应用转基因技术，使KCNQ1基因在单核细胞（THP-1）内高表达或低表达，观察单核细胞功能变化及可能机制。本研究将揭示新的痛风发病机制，为痛风新药研发奠定基础。

痛风为多基因遗传性疾病，其发生是遗传因素和环境因素相互作用及共同作用的结果。研究显示原发性痛风60%与遗传因素有关，遗传因素是痛风发病的主要因素。课题组建立了中国汉族人群原发性痛风遗传资源库和样本库（包含散发痛风患者近6000例，家系痛风患者1000余例，基于孩子是痛风患者的三口之家trios 样本 1000余例，对照标本10000余例），完成了中国汉族人群首个大样本痛风 GWAS 研究（散发痛风样本 4619 例，对照样本 7924 例），发现了全新的痛风易感基因：KCNQ1基因（rs179785，G>A，OR=0.75，P=4.05 E-10）。在此基础上，对KCNQ1基因参与痛风发病的可能致炎机制展开研究，结果显示（1）KCNQ1基因在人单核细胞中表达，痛风患者KCNQ1基因的mRNA及蛋白水平均明显高于健康对照人群，且痛风患者血清IL-1β表达明显高于健康对照人群。（2）尿酸盐晶体刺激THP-1（人单核细胞株）诱导分化的单核/巨噬细胞后检测结果显示细胞外液IL-1β水平明显升高，加入KCNQ1抑制剂（293B）后IL-1β 的水平明显降低，加入KCNQ1激活剂（ML-277）后细胞内钾离子浓度及ATP浓度明显降低，表明KCNQ1通道状态影响尿酸盐晶体诱导的单核细胞内钾离子浓度以及调控其IL-1β 的分泌。（3）通过条件性基因敲除技术中flop-/--loxp系统成功构建单核细胞KCNQ1特异性条件敲除小鼠，并进行繁殖及完成基因型鉴定，进一步研究其表征，发现KCNQ1特异性条件敲除小鼠血清中IL-1β表达水平明显低于野生型小鼠，血尿酸浓度无明显差异。构建小鼠痛风气囊模型，结果显示单核细胞KCNQ1特异性条件敲除小鼠滑膜液炎症因子IL-1β表达水平明显低于野生小鼠，滑膜层HE染色结果显示其形态学评分明显低于野生型小鼠，滑膜免疫组化结果显示小鼠滑膜中有IL-1β、IL-18、MCP-1的表达，且半定量结果显示条件敲除小鼠滑膜中IL-1β的表达水平明显低于野生型小鼠。综上KCNQ1可能是通过改变细胞内K+浓度，影响NALP3的功能，促进释放IL-1β参与痛风的发病。该研究揭示了新的痛风发病机制，为制定新的痛风诊疗策略和开发治疗痛风的新药奠定基础。