钙离子重吸收调节关键基因与地方性氟骨症的遗传关联分析及机制研究

Skeletal fluorosis is the most serious manifestation of fluorosis, which can lead to disability and affect the life quality and mental health of patients. Researches around the world have indicated an association between skeletal fluorosis and genetics that individual’s genetic background can influence the metabolism of fluoride within the body. Besides, our preliminary study demonstrated that genes in endocrine and other factor-regulated calcium reabsorption pathway might play a pivotal role in the development of skeletal fluorosis. In this study, we plan to conduct an association study in skeletal fluorosis patients and unaffected controls recruited from endemic fluoriosis areas, aiming to identify susceptibility tag SNPs of genes in calcium reabsorption pathway. All the associated SNPs will be genotyped again in Mongolian and Tibetan samples from the same area, respectively. Subsequently, we will sequence the upstream and downstream of SNPs that are associated with skeletal fluorosis and screen for rare mutations. Finally, functional experiments will be performed at cell levels. Our study will provide scientific evidence and support to the mechanism research and seeking prevention target for skeletal fluorosis.

氟骨症是氟中毒最为严重的一种疾病表现形式，重者可致残，严重影响患者的生活质量及身心健康。国内外多项研究表明氟骨症与遗传因素相关，个体的遗传背景会影响氟在体内的代谢。申请人前期研究提示钙离子重吸收调节通路基因在氟骨症发生过程中可能起到关键作用。据此，本研究拟在地方性氟中毒高发地区的汉族氟骨症患者及对照人群中对钙离子重吸收调节通路中的关键基因进行关联分析，初步筛选出与氟骨症相关的标签SNP（tag SNP)位点。随后在同地区蒙古族、藏族氟骨症样本中对相关位点进行独立人群验证。最后，对获得的疾病相关位点在两翼区域进行重测序，筛选罕见突变，进行分子细胞水平的功能机制解析。本研究将为阐释氟骨症的发病机制及寻找防治干预靶点提供依据和支持。

背景：氟骨症是氟中毒最为严重的一种疾病表现形式，严重影响患者的生活质量及身心健康。国内外多项研究表明氟骨症与遗传因素相关，个体的遗传背景会影响氟在体内的代谢。申请人前期研究提示钙离子重吸收调节通路基因在氟骨症发生过程中可能起到关键作用。据此，本课题拟在地方性氟中毒地区开展流行病学调查采样，之后结合分子生物学方法开展钙离子重吸收调节关键基因多态性与地方性氟骨症的遗传关联分析。.主要研究内容：一是在地方性氟中毒地区开展流行病学调查，进行生物样本采集，建立生物样本库。二是实施钙离子重吸收调节关键基因多态性与地方性氟骨症关联分析，找出关键基因。三是过细胞实验和动物实验证明关键基因的作用，同时也进一步明确了经典Wnt信号通路和BMP/Smad信号通路在氟骨症发生过程的交互应答。四是高氟引起内皮细胞凋亡的机制研究。五是斑马鱼氟中毒新的动物模型的建立与评价。.重要结果：.（1）在基因多态性与氟骨症关联分析研究中，目前已确认Klotho、ESR1、FRZB1、ALOX15、PRL基因多态性与氟骨症严重程度相关。.（2）通过动物实验和人群研究证明了Klotho基因SNP与血清sKlotho在氟骨症发生及严重程度中的关键作用，Klotho基因rs562885位点基因型“GA + AA”、rs650439位点基因型“TA + AA”增加氟骨症的患病风险。.（3）Wnt/β-catenin和BMPs/Smad4信号通路介导了氟致SaoS2细胞的存活和分化，β-catenin和Smad4在氟致SaoS2细胞的存活和分化中发挥关键作用。.（4）高氟通过调控miR-200c-3p/Fap-1，激活Fas信号通路引起内皮细胞凋亡。.（5）氟暴露情况下斑马鱼幼虫整体氟含量明显增加，染氟浓度与幼虫整体氟含量呈正相关，高氟暴露可使斑马鱼发育阶段骨骼发生明确的特征性改变，斑马鱼氟中毒模型建立成功。它可以用于建立氟中毒模型来进行氟骨症发病机制的研究。.科学意义：首次通过动物实验结合人群研究证明了Klotho基因SNP在氟骨症发生过程中的关键作用，明确了经典Wnt信号通路和BMP/Smad信号通路在氟骨症发生过程中存在交互应答，其中关键环节为β-catenin和Smad4，而且利用斑马鱼建立了氟中毒新的动物模型。以上研究结论为氟骨症的发生机制研究夯实了理论基础，为后续深入研究氟骨症发生机制提供了线索。