CCM3基因缺陷小鼠铅暴露模型及人群遗传易感性研究

Lead pollution is a serious public health problem in China. Though as we all know, the genetic susceptibility plays an important role in lead poisoning, few genetic susceptibility biomarkers have high predictive value for lead poisoning. Cerebral cavernous malformation 3 (CCM3) is a proliferation, differentiation and apoptosis-related gene which can protect organism from oxidative stress-induced damage. So it could be an environmental response gene.In this study, CCM3 deficient mice were used to establish lead exposure models. The interaction of CCM3 gene defect and lead exposure will be explored on different levels, including organ systems,histological(tissue),cellular and molecular levels by laboratory animal science, genetics, histology and embryology, molecular biology and toxicology methods.The aim of this study is to analyze CCM3 gene function, to reveal the mechanism of CCM3 deficiency's effect on lead poisoning and to probe the possibility of CCM3 as a genetic susceptibility biomarker of lead poisoning. At the same time, CCM3 gene polymorphism distribution in Chinese general population and lead-exposed population will be studied by occupational health and molecular epidemiology methods. The results from laboratory microcosmic experiments will be combined with macrocosmic epidemiological study to evaluate the significance of CCM3 as a genetic susceptibility biomarker of lead poisoning and to provide theoretical and practical evidence for further prevention of lead poisoning.

铅污染在我国是重大的公共卫生问题。虽然铅毒作用的个体易感性差异早已为人所知，但是有重大价值的铅暴露遗传易感性标志物尚不多见。CCM3基因对细胞增殖、分化和凋亡均有重要影响，对氧化应激造成的损伤具有保护作用，是一种重要的环境应答基因。本研究拟采用CCM3基因缺陷小鼠铅暴露模型，在整体动物水平、组织水平、细胞水平和分子水平，运用动物学、遗传学、组织胚胎学、分子生物学和分子毒理学方法研究CCM3基因与铅暴露之间的交互作用，分析CCM3基因功能，揭示CCM3基因缺陷影响铅毒效应的作用机制，探索CCM3基因作为铅暴露易感性基因的可能性。同时，本研究拟采用劳动卫生学和分子流行病学方法，研究CCM3基因多态性在正常人群、铅暴露人群中的分布，将微观的实验室研究的结果与宏观的人群流行病学调查结合起来，评价CCM3基因多态性作为人群铅暴露遗传易感性标志物的意义，为进一步预防铅中毒提供理论和实践依据。

目前我国重金属污染依然是重大的公共卫生问题。因此寻找铅等重金属毒作用易感的遗传标记物，早期鉴别和发现毒作用易感个体在预防重金属中毒方面具有重大意义。本课题采用CCM3基因缺陷小鼠铅暴露模型，研究了CCM3基因-铅暴露之间的交互作用对机体各系统的影响及其作用机制；并且采用劳动卫生学和分子流行病学方法，研究了CCM3基因多态性在正常人群、铅暴露人群中的分布。动物实验发现，铅染毒可以诱发胎盘血管损伤，氧化应激及细胞凋亡，从而导致母鼠体重和妊娠率、小鼠胚胎、胚胎数及胎盘重量的显著降低，引起小鼠胎盘结构改变。CCM3基因缺陷和铅暴露存在交互作用，影响宫内胚胎卵黄囊及出生后视网膜的血管重构和新生；体内和体外实验结果的表明铅和和CCM3基因共同造成线粒体损伤，促使一氧化氮（NO）释放，影响血管内皮生长的信号通路，最终引起血管新生和重构变化。在体外实验中，成功分离培养原代人脐静脉内皮细胞、人胎盘周细胞、小鼠脑内皮细胞，小鼠肺内皮细胞，小鼠胎盘周细胞和原代小鼠胚胎成纤维细胞。成功建立永生化的人脐静脉内皮细胞株，并运用CRISPR/CAS9技术建立CCM3基因敲除细胞株。研究发现，CCM3基因缺陷能够影响醋酸铅诱导的小鼠胚胎成纤维细胞增殖抑制、遗传毒性、线粒体损伤，且具有剂量反应和时间效应关系。在小鼠胚胎成纤维细胞的毒性效应方面，醋酸铅和CCM3基因存在交互作用。CCM3可调控ERK和P38信号通路，进而参与调控细胞的增殖、分化、凋亡等细胞生命过程。在人群研究方面发现，铅暴露能升高工人的收缩压、舒张压。CCM3 rs3804610不同基因型组别中，TT基因型的男性工人比TC、CC基因型的男性工人的心血管健康更易受到损害。CCM3基因(rs3804610)可能与铅发生交互作用，从而对人体心血管造成负面影响。另外发现，砷暴露可增加血压升高的风险，并且砷暴露与CCM3 基因多态性位点rs3804610和rs9818496之间对血压升高存在基于相乘模型的正交互作用。miR-425-5p和CCM3基因多态性位点有可能作为砷暴露遗传易感性标志物。