LRP1通过Wnt/β-catenin信号通路调控发育性髋关节发育不良(DDH)发病的机制研究

It is of great significance to study the pathogenic factors and regulatory mechanisms of developmental hip dysplasia (DDH) for early diagnosis and intervention. Genetic factors are the main risk factors of DDH. Our team's latest study found that multiple DDH patients had harmful and rare mutations of LRP1 gene, and none of their normal relatives had them. We used gene editing technology to construct a mouse model of LRP1 mutation site in patients, and found that homozygous mutation at this site resulted in a significant decrease in LRP1 protein expression. The acetabular fossa of LRP1 deficient mice was small and shallow, the length of femur was short, and the femoral head was large. On the one hand, RNA and protein detection showed that LRP1 gene defect resulted in up-regulated expression of genes related to chondrocytes hypertrophic. On the other hand, interference with the beta -catenin of LRP1 -deficient mouse mesenchymal stem cells can decrease the index of chondrogenic fat, but the underlying mechanism is remain unclear. In order to further explore the key scientific issue that the early chondrocytes hypertrophic of acetabular cartilage caused by LRP1 through activation of Wnt/ -catenin pathway and ultimately leads to DDH, this project intends to further study this conjecture at the animal, cell and molecular levels, to provide a new perspective for clinical diagnosis and treatment.

研究发育性髋关节发育不良 (DDH)的致病因素及调控机制以期对该疾病进行早期诊断、干预具有重要意义，遗传因素是DDH发病的主要危险因素。本团队最新研究发现，多个DDH患者有低密度脂蛋白受体相关蛋白1(LRP1)基因的有害罕见突变，且其正常亲属均没有。我们使用基因编辑技术构建患者LRP1突变位点的小鼠模型，发现该位点纯合突变导致LRP1 蛋白表达量显著降低；且LRP1缺陷小鼠髋臼窝小而浅，股骨长度短，股骨头粗大；且LRP1基因缺陷造成软骨肥大化相关基因表达上调；而干扰LRP1缺陷小鼠间充质干细胞的β-catenin，则可以使软骨肥大化指标下降，但其内在机制尚不明确。为深入探索LRP1通过激活Wnt/β-catenin通路导致髋臼软骨早期肥大化从而引起DDH的发病这一关键科学问题，本课题拟在动物、细胞和分子水平深入研究这一猜想。为临床诊断和基因治疗提供理论基础和新思路。

髋关节发育不良(DDH)是先天性骨骼畸形之一，该疾病在新生儿中的发病率0.56-3.8‰。早发现、早干预对DDH可取得良好的治疗效果，因此研究DDH 的致病因素及调控机制对于该疾病的早期诊断、干预具有十分重要的意义。先前的研究通过病例对照和全基因组关联研究确定了许多 DDH 候选基因和易感位点。然而，很少有关联位点能够在独立人群中被验证，尤其是在不同种族之间。已经有些研究报道一些 DDH 患者表现出常染色体显性遗传，但其致病基因未知。因此，DDH的遗传基础需要更多的研究。.本项目阐述了LRP1基因缺陷致病机制：LRP1 基因缺陷导致自噬小体形成受阻，异常激活 Y 形区域软骨细胞中 Wnt /b-catenin 信号，阻遏了软骨发育，最终导致 DDH 的发生。主要研究内容包括1.LRP1基因的突变鉴定。2.小鼠模型实验发现Lrp1R1783W是LOF等位基因。3.lrp1缺陷小鼠表现为DDH表型。4. Lrp1缺陷小鼠的Y形软骨更早闭合。5.Lrp1+/-骨髓间充质干细胞成软骨能力下降。6.LRP1缺陷抑制β-连环蛋白的自噬降解。研究揭示了LRP1基因在DDH疾病发生中的重要作用，并为DDH的早期诊断和治疗提供了详实严谨的数据和后续可能的临床治疗方案。.本项目科学意义：1）本研究通过最新技术锁定候选致病基因和位点，进一步通过生物信息学和详实的细胞以及动物模型的功能实验证实LRP1 基因缺陷致病机理和功能机制。2）研究团队从“临床的疾病”出发，“以患者为中心”，最终为骨科疾病和临床患者的治疗和干预方案提供科学依据和循证医学方案。3）未来随着新技术的进步和突破，人类疾病的研究进入更深层次、更大规模、更多组学的维度进行，从而系统完整的从群体、单细胞、分子机制水平解决临床和科学问题。