遗传和环境因素对GJB2基因p.V37I突变所致迟发型耳聋表型修饰作用的机制研究

The homozygous p.V37I variant in GJB2 is prevalent in Chinese Han population and may lead to late onset hearing loss with variable onsets and reduced penetrance. Previous study indicated it may be the consequence of both heraditary and environmental factors. Noise and furosemide exposure are chosen as representative factors. This study determines to assess candidate modifier genes and environmental factors' impact and mechanism on the phenotype of p.V37I-associated hearing loss by comparing the hearing, cochlear pathology and gene expression level before and after intervention. Meanwhile, potential drug therapy aimed at relative signal pathways would be tested. These results are hopeful to give a better understanding of late onset hearing loss, and provide evidence for genetic counseling and clinical intervention.

GJB2基因p.V37I突变在汉族人群中极为常见，所致迟发性耳聋发病率高、影响广泛。但该突变为不完全外显的遗传易感性突变，携带者听力表型差异极大，前期研究显示可能是由遗传和环境因素共同作用的结果。本申请拟在前期p.V37I突变敲入小鼠模型的建立以及环境、遗传表型修饰因素研究的基础上，在突变小鼠模型中改变候选修饰基因的内耳表达水平，观察小鼠听力、耳蜗病理以及基因表达变化，评估各候选基因对p.V37I突变表型的修饰作用和机理；同时选取噪声和速尿作为代表性环境因素，观察突变型与野生型小鼠在不同时间、剂量的环境因素暴露后的听力、耳蜗病理及基因表达变化，探讨环境因素对p.V37I突变听力表型的修饰作用和机理，并尝试通过相关信号通路研究，探索药物预防或治疗p.V37I突变相关迟发型耳聋的可能性。本研究有望深入理解GJB2基因p.V37I突变所致迟发性耳聋的致病机制，为相关遗传咨询、临床干预等提供依据。

本项目对GJB2基因p.V37I突变所导致的迟发性耳聋的发病机制进行了较为深入的研究，在此基础上分析了遗传和环境因素对该突变所致听力表型的修饰作用。通过3万余例覆盖全生命周期（0-85岁）各代表性年龄段的普遍人群基因筛查及听力表型分析，发现突变携带者随年龄增加，发生听力障碍的外显率和严重程度持续上升。通过可模拟人类听力表型的Gjb2基因c.109G>A突变小鼠的听觉电生理、耳蜗病理及分子生物学研究，发现突变鼠有渐进性听力损失并伴有ABRⅠ波潜伏期延长，支持细胞缝隙连接蛋白通道孔径减小可能导致通透性降低，突变鼠的内淋巴电位下降，内毛细胞突触释放功能改变，证明外淋巴钾离子局部过度堆积是突变鼠听损的重要病理进展因素。通过Gjb2基因c.109G>A突变小鼠的耳蜗基因表达和分子致病机制研究，发现候选修饰基因Fcer1g。建立Fcer1g-KO/GJb2-c.109G>A双基因突变小鼠，对Fcer1g突变对p.V37I突变可能存在的听力表型修饰作用进行了听觉电生理评估，但未发现听力阈值方面的显著差异。通过Gjb2基因c.109G>A突变小鼠的环境高危因素暴露研究，提出并证实噪声暴露和钾离子通道抑制剂类药物（呋塞米）是导致或加速该突变小鼠听力损失的环境高危因素。通过Gjb2基因c.109G>A突变小鼠的基因治疗研究，发现AAV-ie和AAV8可以高效感染新生和成年小鼠耳蜗血管纹和支持细胞，是GJB2基因治疗的合适载体。证实新生中阶注射AAV8可以递送GJB2靶向小鼠耳蜗支持细胞，并介导外源性GJB2在支持细胞表达。AAV8-GJB2内耳注射不损伤Gjb2纯合突变小鼠听力，AAV8-GJB2过表达可减轻呋塞米导致的GJB2纯合突变小鼠听力下降。本研究为在中国人群中有广泛存在的GJB2基因p.V37I突变的遗传咨询、临床预防和干预提供了重要的参考依据，为保护易感人群听力提供了可行的风险规避途径，为相关基因治疗提供了可行性证据。