BCOR基因突变致X-连锁骨质疏松伴肢端骨溶解综合征发病机制的研究

So far, the role of Blimp1-BCL6 signaling pathway in the regulation of osteoclast differentiation and the maintenance of bone homeostasis has not attracted enough attention, because abnormal regulation of this pathway has not been confirmed in human diseases. We used an exome-sequencing strategy and identified a pathogenic BCOR mutation (K1029R) in two brothers with a new osteoporosis with acro-osteolysis syndrome. Bcor is a Bcl6 corepressor factor. In our previous study, we found that the K1029R mutation led to activied NFATc1 pathway on osteoclast, and decreased BCOR interaction with BCL6. Therefore, we hypothesize that the BCOR gene K1029R mutation causes this X-linked recessive osteoporosis with acro-osteolysis syndrome through Blimp1-BCOR-BCL6 signaling pathway, which enhances osteoclast function and leads to a phenotypes of osteoporosis with acro-osteolysis. Therefore, we intend to use in vitro experiments and knockin mouse model to clarify the exact molecular mechanism of the BCOR gene K1029R mutation in the Blimp1-BCOR-BCL6 signaling pathway in the regulation of osteoclast function, and in the pathogenesis of osteoporosis with acro-osteolysis. The present study will provide an important basis for research and development of therapy through this signaling pathway for diseases with increased activity of osteoclast function such as osteoporosis.

迄今对Blimp1-BCL6信号通路在调节破骨细胞分化和维持骨稳态中具关键作用没有引起足够关注，是因该信号通路异常调控并没在人体疾病中得到证实。我们前期发现"骨质疏松伴肢端骨溶解"新综合征家系，对患病兄弟2人全外显子组测序，获得BCOR致病基因K1029R突变。BCOR是BCL6共结合阻遏因子。前期预实验证实：K1029R突变导致破骨细胞NFATc1通路活化；BCOR与BCL6结合力下降等。由此我们推测BCOR基因K1029R突变导致X-连锁隐性遗传骨质疏松伴肢端骨溶解综合征，可能经Blimp1-BCOR-BCL6信号通路对破骨细胞调控发生异常，使破骨细胞功能和骨吸收显著增强。为此，本课题拟通过体外细胞实验和特定组织表达BCOR-K1029R点突变小鼠的整体实验，以阐明BCOR基因K1029R突变对Blimp1-BCOR-BCL6信号通路在调控破骨细胞功能及骨质疏松和骨溶解的发病机制。

本研究对一个呈常显遗传方式的“类似幼年特发性关节炎”家系（先证者和患病家系成员共5例），通过连锁定位分析和全外显子组测序，鉴定到STAT1基因一个错义突变，为外显子3存在c.143T>C突变（p.Ile48Thy），迄今并无文献和基因数据库报告该突变，为新突变。为此，我们构建了Stat1基因敲除和Stat1Y33X 敲入小鼠模型，进行了X线摄片、微CT和小动物核磁共振对小鼠骨和关节进行检查，没有发现四肢关节和骨骼与野生小鼠的差异，同时，对上述小鼠进行多个组织和脏器包括骨和关节等进行病理检查，我们分别将幼年6周和成年12周的Stat1+/-与WT小鼠鼠爪、股骨、膝关节进行组织固定，石蜡包埋后切片并进行H&E染色，以及关节软骨、生长板软骨Safranin O 染色，两种基因型骨组织的组织学切片及染色未见显著差异；而且对皮肤、肝脏、脾脏、肾脏和结直肠等组织进行病理检查未见与野生型小鼠的差异。为模拟家系患者低温发病特点，将小鼠置于4℃环境中饲养4周，隔日观察小鼠鼠爪等外观变化，未发现小鼠鼠爪外观变化差异；4周低温饲养处死后，取Stat1+/-与WT小鼠鼠爪、股骨、膝关节进行组织固定、切片并染色等，未见杂合突变小鼠骨和关节软骨、生长板软骨等存在组织学上的差异。此外，我们利用微CT对小鼠左侧后肢进行检查和三维重构，对各组小鼠后肢2D和3D图像结果进行表型分析，提示纯合子（基因敲除小鼠）、杂合子与同窝野生型小鼠相比，未发现明显骨和关节改变。.本项目尽管我们通过该点突变敲入小鼠模型的研究，并未发现类似先证者的骨和关节病变，但是通过本病例家系结合连锁定位分析和全外显子组测序等，鉴定致病基因及利用突变敲入小鼠模型，是临床病例结合实验研究的转化医学之体现，我们后续将通过斑马鱼等基因突变敲入模型研究，进一步阐明该突变之分子机制，有望发现可能的治疗关节病等常见病的药物靶点，具有重要意义。本项目已发表SCI收录论文7篇，培养已毕业博士和硕士研究生各2名。