NPC1促进中国青少年肥胖发生的遗传与机制研究

Obesity threatens our society now more severely than at any other time in history. Less than 5% heritable factors have been reported for body mass index (BMI) variation, although the heritability of obesity is about 40-70%. Missing heritability attracts tight attention of both genetic and molecular researchers. With a biological information strategy, we selected NPC1 gene as candidate and sequenced the whole 25 exons of NPC1 in 471 early-onset obesity and 687 matched controls, and further ~3 000 controls in validated population. We found that 14 rare NPC1 variants promotes high risk to obesity in human (p=6.3×10-8，OR=9.0). Functional damage of NPC1 led to overweight/obese in human from a special small population. NPC1+/- mice showed more weight gain and higher fat content than control mice under high fat diet. And more lipid storage and well-differentiation were observed in the induced pe-adipocytes deficient of NPC1. The proposal will validate the functional changes of all variants found in human and find statistical significance for co-segregation of genetic variants with obesity. Molecular pathway for adipocyte maturation changes will be also explored with heterozygous mouse and NPC1-overexpressed or knockdown cell lines. Additionally, potential drugs targeting NPC1 disease will be used to treat obesity and its related disorders in NPC1+/- mice. NFSC’s support is the key to the important hypothesis.

肥胖日益威胁国民健康。肥胖症遗传度达40-70%，而目前已知遗传因素解释不足5%，缺失的遗传度成为肥胖研究领域空白。NPC1基因多态性与特定人群肥胖存在相关性，但其是否可致肥胖发生仍待明确，缺乏可靠的遗传学与生物学证据。本项目对471例早发性肥胖患者与687例匹配对照进行全基因测序，后扩大至近3000人验证，发现NPC1低频变异显著富集于肥胖人群（p=6.3×10-8，OR=9.0）；随访25例NPC1患儿双亲临床资料，发现NPC1杂合性功能缺失增加体重。高脂刺激NPC1+/-小鼠，体重增加明显高于对照，脂肪含量明显增加，脂肪前体细胞分化能力增强。本项目拟对变异位点进行功能验证，并借助NPC1+/-小鼠模型、NPC1过表达和基因沉默前体细胞工具，从体内外水平阐明NPC1参与体重调节和脂肪分化的机制，并探索NPC1病治疗药物降低NPC1+/-小鼠体重的可行性，为肥胖症诊治提供全新方向。

肥胖是遗传和环境因素共同导致的复杂性疾病，肥胖的遗传度高达40%-70%。因此，挖掘遗传因素对肥胖症的病因研究至关重要。目前肥胖单基因致病基因只能解释极少的肥胖发生(<5%)，常见变异也只能解释大约2.7%的体重指数变异度，其他遗传因素成为困扰遗传学家的“缺失的遗传度”。罕见/低频变异位点具有中等作用效能，且能解释单个位点的直接功能影响，能够弥补肥胖遗传学中的“缺失的遗传度”，在肥胖症研究中备受瞩目。为了更加深入地揭示中国肥胖症遗传学结构和潜在作用机制，本研究选取肥胖相关候选基因NPC1,旨在阐明它们的稀有/低频变异位点与肥胖发生之间的关系。.我们发现，男性中NPC1杂合突变携带者的BMI显著高于地域、年龄匹配的对照人群(26.25 vs. 24.34 kg/m2，p=0.009)，女性中无差别(p=0.40);性别差异在突变对BMI作用中具有显著影响(p for interaction=0.01)。高脂诱导下Npc1+/-雄性小鼠体重显著高于野生型(39.6±1.2gvs.35.6±1.0g，p=0.01)，雌鼠无差异。在两期肥胖—对照队列研究中，NPC1非同义低频变异显著富集于肥胖人群中(p=0.0008,OR=4.8，95%CI=1.7-13.2) 。共筛选出17个非同义变异，位于SSD结构域的V697I、T743I、Q775K和V780fs*导致蛋白表达量下降，Q775K和V780fs*导致蛋白定位改变，4个位于SSD功能域和1个位于CRLL功能 域的变异导致胆固醇转运能力下降超50%。功能受损严重位点携带者相比于非严重受损携带者，具有更高BMI、腰围、腰臀比和更大的腹部横断面脂肪面积。.可见，NPC1非同义低频变异显著增加肥胖发生风险(Genotype-phenotype)，且存在一定性别差异，功能严重受损位点集中在SSD功能域，这些位点携带者相比于功能未严重受损位点携带者，具有更加严重的肥胖表型(Dose-dependent)。我们的结果证明功能性NPC1稀有/低频非同义变异增加中国人群肥胖发生风险。解释了中国青少年肥胖人群 约3.40%主效遗传因素，并解释性别是影响肥胖表型外显的一个主要因素(Interaction of gene-by-sex)。对于弥补肥胖遗传学中“缺失的遗传度”具有一定的提示意义和推动作用。