高原适应与慢性高原病关联的正选基因生物学功能研究

Based on our previous genome-wide scans, we identified that positively selected haplotypes of EGLN1,EPAS1 and PPARA were significantly associated with high-altitude adaptation to this highland Tibetans. Recent results were shown that highland Mongolians shared hypoxia positively genes with Tibetan populations. Lasted results were shown that haplotype of EPAS1, EGLN1, EDNRA, CYP2E1 and PTEN were associated with chronic mountain sickness. It was indicating that positively selected genes may play an important role in CMS and hypoxia adaptation. To further identify the biological function of positively genes haplotypes and the mechanism of CMS,molecular biology assays(genetic seqencing,transcription seqencing,transgene animal,Lucimerse reporting assays, and so on) combined with physiological determination (HCT, Hb,SaO2,pulmonary arterial pressure and so on) were utilized to investigate the biological function of positively selected haplotypes in coding reign, transcriptional activation reign and post-transcriptional regulation reign at post-genome level, and establish a ceRNAs regulation signaling network based on positively gene and miRNAs. It will provide a new theoretical basis for hypoxia adaptation but also provide a new high altitude disease screening and diagnosis molecular target.

本课题组在先前的研究中首次从世居藏族人群中筛选出 EGLN1、EPAS1、PTEN等10个与低氧适应相关的正选基因，后续的研究发现上述正选基因在高原蒙古族中同样具有多态性差异。最新的研究显示EGLN1等5个正选基因的单倍体分型差异与慢性高原具有很强的相关性，提示上述正选基因单倍体分型差异在低氧适应及CMS的发生发展过程中可能发挥一定的调控作用。为了进一步阐明上述基因单倍体分型差异的功能，本课题拟采用基因组捕获测序、转录组测序、转基因动物、荧光素酶报告法等分子生物学技术结合Hb、SaO2、肺动脉压等生理指标，在后基因组水平上研究正选基因转录激活区、编码区、转录后调控区单倍体分型差异的生物学功能，并建立以正选基因、miRNAs为作用基础的低氧ceRNAs调控网络，为低氧适应的基础研究及CMS发病机制提供新的理论依据，也为急慢性高原病的诊断、预防与治疗提供新的分子靶标。

以往对于慢性高原病的研究主要集中在高原适应的生理学、病理生理学及遗传学的研究，对遗传分子生物学机制，特别在慢性低氧环境慢性高原病的易感基因及其分子生物学机制尚不明确。课题组通过群体遗传学研究并结合先前藏族遗传适应研究发现，EPAS1、EGLN1、CYP17A1、PTEN、HMOX2、PPARa 6个基因与CMS的发生密切相关，并且EPAS1的3个多态性位点与血红蛋白密切相关。课题组进一步通过EPO非依赖性的氯化血红素诱导K562红系分化细胞模型表明EPAS1除了调控EPO间接调控红系增之外还可调控红系干祖细胞的增殖与分化。进一步通过转录组研究明确了EPAS1下游所涉及的基因与信号通路。课题组通过基因芯片及Real time PCR分子生物学方法考察了慢性高原病患者miRNAs的变化，并结合Targetscan等生物信息学的方法预测了相关miRNAs的靶基因及其生物学功能，绘制了以循环miRNAs及其靶蛋白为基础的慢性高原病ceRNA调控网络及其所涉及的生物学功能，为慢性高原病发病机制的阐明及早期诊断提供了理论依据；课题组首次发现慢性低氧可以抑制红细胞衰亡补充了现有的由于过度的红细胞增生所导致高原红细胞增多症地发病机制，丰富了现有对高原红细胞增多症发病机制的认识；近些年的研究发现高原低氧暴露还可以导致新进或移居人群发生血栓栓塞事件其机制尚不明确，课题组通过临床及动物水平的研究发现慢性高原低氧暴露使血小板计数下降，表型发生改变，血小板基因表达 谱发生改变，膜蛋白受体（GP4、GP9、GP6、ITGA2B、GP1BB、SELP）和 趋化因子（PF4V1）表达增加，其超微结构发生改变胞内 α 颗粒脱出，颗粒内 容物 PF4、ADP 和 β-TG 释放增加，同时血小板活性增强，功能试验显示血小板的铺展、血块退缩能力增强，出血时间缩短，这可能是慢性低氧暴露导致血 栓形成的主要原因。