mtDNA变异与高原高血压易感性的关联分析及其致病机制研究

Hypertension with maternal genetic regularity, mtDNA variation may be one of the most important molecular basis of hypertension, including mtDNA haplotype, haplogroup, and copy number variation (CNV). Highland hypertension (HH) was the highest incidence of a disease, and serious harm to the plateau personnel health. Our previous studies have found that mtDNA variation played an important role in the altitude acclimatization, altitude sickness pathogenic mechanism. Based on the obtained experimental results and the recent developments in this field, this topic speculated that the special variation of mtDNA sequences changed the structure and function of mitochondria tRNA, lead to mitochondrial tRNA metabolism and protein translation level, respiratory chain function and oxygen consumption rate decline, such as taking part in the development of HH during the hypoxia. Therefore, this project preliminary screened the mtDNA variation. Then enlarge the sample size, using the PCR-HRM method to study the variation of the mtDNA and the correlation of HH susceptibility. Finally through the cell experiment, we study the molecular mechanism of type mtDNA genetic susceptibility HH. Through this study, we can found the credible HH excitable biological genetic markers, to use for the screening of HH susceptible people and forward-looking early prediction.

高血压具有母系遗传规律, 提示mtDNA变异可能是高血压发病的分子基础之一，包括mtDNA单倍群、单倍型和拷贝数变异。高原高血压(HH)，发病率最高，严重危害移居高原人员的健康。本室前期研究发现，mtDNA变异在高原习服、高原病发病中也发挥着重要的作用。因而本课题推测：缺氧时mtDNA序列(编码区或tRNA基因)的一些特殊变异，改变了线粒体tRNA 的结构和功能, 导致线粒体tRNA 代谢水平、蛋白质翻译水平、呼吸链功能及氧耗率等出现不同程度下降, 参与了HH的发生发展。为此，本项目拟采用PCR-双向测序，初步筛选出与HH相关的mtDNA变异；然后扩大样本量，采用PCR-HRM的方法研究mtDNA变异与HH易感性的相关性；最后通过rho0细胞融合实验，深入研究mtDNA基因型易感HH的分子机制，寻找敏感可信的HH易感生物遗传标记，以用于HH易感者的筛选和前瞻性早期预测。

mtDNA变异参与了高原高血压的发生。本课题通过人群调查，综合运用流行病学研究方法、基因测序、基因芯片以及生物信息学分析，并综合运用主成分分析等多种数据分析方法，对mtDNA变异在高原高血压中的作用进行了初步研究。首先通过流行病学调查，建立了中国塔吉克族的高原高血压和健康对照研究队列，获取其基本信息，并采集了静脉全血以提取DNA。通过二代测序的方式对1例健康成年男性塔吉克族进行了全基因组测序研究，并对比了hg19人类基因组参考序列以及藏族、安第斯山印第安人的适应基因序列，发现塔吉克族在遗传水平上有着不同于藏族和安第斯山印第安人的高原适应方式，其DAZ基因的拷贝数减少可能与其在高原环境下的血清雄激素含量下降有关。采用PCR扩增目的基因片段测序拼接，获得mtDNA全部序列后，发现携带U4单倍群的个体，其高原高血压的发病危险度是非U4单倍群的7.062倍（p=0.023， OR=7.062， 95CI=1.306-38.182）。U4单倍群的代表性变异，如mt499G→A、mt4646T→C、mt5999T→C、mt6047A→G、mt7705T→C、mt11332C→T、mt15693T→C和mt16356T→C等mtDNA的SNP位点，在高原高血压组和健康对照组间也存在显著差异。尤其是15693T→C突变引起MTCYB的316M→T突变，可导致这一区域的磷酸化改变。结合已经发表的藏族和夏尔巴人mtDNA序列，以及中国塔吉克族周边人群的mtDNA序列，我们通过运用生物信息学的分析方法，包括主成分分析、遗传距离分析以及构建进化树等方式，发现藏族人群和夏尔巴人有着较近的亲缘关系，而中国塔吉克族与上述两个民族的亲缘关系均较远，提示塔吉克族在线粒体水平上有着不同的适应高原的方式。在mtDNA水平上，塔吉克族和藏族的主要差异在ND3和CYTB基因上，塔吉克族和夏尔巴人的主要差异在ND1, ND2, COX1, ATP8, ATP6, ND3, ND4L, ND4, ND5 和CYTB基因上。综合上述结果，本研究为探索mtDNA变异和核基因变异在高原高血压发病机制中的作用奠定了坚实的基础，也为后续的深入研究工作开辟了新的方向和着力点。