利用iPSCs模型对TGFBR2基因突变c.577C>T导致Loeys-Dietz综合征的机制研究

Loeys - Dietz syndrome (LDS) is one of the major genetic aortic diseases, which always has an early onset, progresses quickly, and leads to aortic dissection with high mortality. Molecular genetics studies have revealed that more than 90% of LDS associated with TGFBR1 or TGFBR2 gene mutations, but its specific pathogenesis is still unclear. Our team has successfully produced induced pluripotent stem cell（iPSC）using fibroblasts in mice and human, in addition, we have the working basis in genetic screening for inherited aortic diseases. Here we suppose to build LDS specific iPSC model using the somatic cells of patients who were diagnosed with LDS and carried the TGFBR2 gene mutations comfirmed by genetic test, and on this basis, to carry out the follow-up study of the mechanism. The results would be helpful to the further drug screening and development, as well as the exploration of gene therapy or stem cell therapy.

Loeys-Dietz综合征（LDS）是主要的遗传性主动脉疾病之一，以起病早、进展快、易发生主动脉夹层为特点，病死率高。遗传学研究已表明，90%以上的LDS与TGFBR1或TGFBR2基因突变有关，但具体发病机制不明。深刻认识TGFBR基因突变对基因表达、信号转导及相关蛋白合成的影响，对理解LDS的发病机制、开展症状前检测或产前筛查具有重要意义。由于LDS发病率低、机制不明，可利用诱导性多能干细胞（induced human pluripotent stem cells , iPSCs）建立疾病模型从而进行相关机制研究。本小组先前已成功利用成纤维细胞诱导了小鼠及人的iPSCs，并在遗传性主动脉疾病的基因筛查方面具有一定工作基础。因此，现拟利用TGFBR2基因突变患者的体细胞建立LDS疾病特异性iPSCs模型，并进行后续的机制研究。其研究结果可为将来的药物筛查及研发、基因或细胞治疗提供依据。

Loeys-Dietz 综合征（Loeys-Dietz syndrome， LDS）是一种常染色体显性遗传性结缔组织病。病变主要累及心血管系统，骨骼系统，头面部及皮肤等。其发病与编码转化生长因子 β（transforming growth factor beta， TGF-β）信号通路的组成成分的基因突变有关。LDS 患者的主动脉病变累及范围更广， 病情进展更快。未经手术的患者平均寿命仅 26 岁。然而 LDS 的发病机制尚不清楚，基因突变与疾病表型之间的关系不明确，引起 LDS 患者病情凶险的原因不明。因此，本研究采用明确诊断的 LDS 患者的外周血单核细胞，经过非整合质粒电转的方式构建诱导性多能干细胞（induced pluripotent stem cells， iPSCs），再将 iPSCs 向血管平滑肌细胞（vascular smooth muscle cells， VSMCs）诱导分化，通过 LDS-iPSC-VSMCs结构和功能的异常来模拟 LDS 主动脉病变的病理过程，进而建立 LDS 患者特异性 iPSCs 疾病模型；并运用该模型来研究 TGFBR1/2 突变在 LDS 发病中的作用及机制。分为下面四个部分：.1、构建 Loeys-Dietz 综合征患者特异性诱导性多能干细胞，并对构建的细胞进行鉴定，明确其特性及功能特征。 通过非整合质粒电转的方式成功构建出 LDS 患者特异性 iPSCs，构建的iPSCs 保留了 LDS 患者的突变位点，表达多潜能标记并在体内具有多向分化潜能，长期维持培养保持增殖能力。.2、建立了高效可靠的实验方案，将 iPSCs 成功分化为表型和功能都具备的收缩型 VSMCs，诱导产生的 VSMCs 细胞纯度高，可长期维持培养，为后续研究提供可靠的细胞来源。.3、血管中膜 VSMCs 结构和功能的紊乱是 LDS 主动脉病变的核心病理过程， LDS-iPSC-VSMCs 成功再现了 LDS 主动脉病变的病理学特征，是可靠的研究LDS 病病理过程及发病机制的细胞模型.4、TGF-β/Smad 信号通路在 LDS 的发病过程中可能起双重作用，其抑制和过度激活的状态，在疾病的不同时期起不同作用，共同促进疾病的发生发展。非经典 TGF-β 信号通路 p38， Erk1/2 的异常激活也可能在 LDS 的发病中起重要的调节作用。