SFXN1基因突变在遗传性铁粒幼细胞贫血发病中的作用及机制研究

Congenital sideroblastic anemias (CSAs) is a group of genetic heterogeneous diseases. However, approximately 40 % of CSAs have no known pathogenic gene mutations. Here, we detected a novel mutant gene, SFXN1, in a pedigree with CSA without known pathogenic genetic mutations. SFXN1 is a possible mitochondrial iron transporter. In our preliminary experiment, zebra fish injected with sfxn1 morpholino displayed an significant decrease in the erythroid definitive hematopoiesis. And SFXN1 knock down K562 cells showed decrease in haemoglobin synthesis. Therefore, we speculated that SFXN1 may be associated with the onset of CSA, its defect may impair heme biosynthesis, mitochondrial iron metabolism, and erythropoiesis. We will build SFXN1 knockdown cell lines and mice model to study 1.the physiological function of SFXN1; 2. the effect of SFXN1 deficiency on heme biosynthesis; 3. the effect and regulating mechanism of SFXN1 deficiency on mitochondrial homeostasis and Fe–S clusters. In summary, we hope to clarify the molecular pathogenic mechanism of SFXN1 deficiency in the CSA. Our result would advances our understanding of the mechanisms regulating mitochondrial heme homeostasis and red blood cell development.

遗传性铁粒幼细胞贫血（CSAs）是一组临床及遗传异质性疾病，目前仍有约40%的患者未检测到致病基因。我们前期在CSA家系中首次发现SFXN1基因突变。既往研究报道Sfxn1基因突变的小鼠具有铁粒幼细胞贫血的表型，但机制尚不清楚。我们的前期工作发现，SFXN1敲除的斑马鱼模型和K562细胞株红系定向造血显著降低，血红蛋白合成减少。因此，我们推测SFXN1可能与CSA发病有关，其缺陷可能导致血红素合成受阻，线粒体铁调节紊乱，影响红细胞生成。本研究拟通过构建SFXN1缺陷的细胞系及小鼠模型研究：1、SFXN1正常状态下的生理功能；2、SFXN1缺陷的对血红素合成的影响；3、SFXN1缺陷对铁硫簇合成途径及线粒体内稳态的影响及与其血红素合成途径的相互调节机制。从而阐明SFXN1缺陷与CSA的发病的关系及致病机制。本研究将为临床基因诊断及治疗提供新靶点，拓宽对血红素合成及调节中未知环节的认识。

本项目对SFXN1与铁粒幼红细胞贫血（SA）发病的关系及机制进行了临床及基础研究。一、为了明确我国儿童SA的基因突变谱，同时明确SFXN1基因在儿童SA患者中的比例，我们收集36例诊断为SA患儿的临床资料，采用基因捕获二代测序方法进行了基因检测。结果共53%（19/36）患儿检测到CSA相关基因突变，其中ALAS2基因突变占47%（9/19），SLC25A38基因突变占21%（4/19），线粒体片段缺失占32%（6/19）。89%（17/19）为已知致病突变，11%（2/19）为新变异。ALAS2基因新变异c.1153A＞T (p.I385F)评级为"可能致病的"及SLC25A38基因新变异c.175C＞T(p.Q59X)评级为"致病的"。未检测到SFXN1基因致病的或可能致病的突变。研究表明儿童CSA以ALAS2及SLC25A38基因突变为主，但线粒体基因片段缺失亦占有相当比例，对于婴儿期即出现的低增生性贫血，需考虑线粒体病的可能。二、通过查阅数据库及文献，设计验证了用于临床诊断的儿童先天性贫血基因突变筛查panel。三、既往研究发现线粒体内膜蛋白SFXN1突变导致小鼠铁粒幼红细胞贫血和骨骼缺陷。然而，SFXN1在红细胞生成和贫血发生过程中的潜在作用，特别是其病理分子机制尚不清楚。本研究通过体内斑马鱼实验和体外人脐带血造血干细胞向红系诱导分化实验，探讨SFXN1与红细胞发育的相关性。SFXN1基因的敲除和敲除均可导致斑马鱼的低色素性贫血表型。进一步分析表明，贫血的发生是由于血红素的生物合成缺乏所致，而血红素的生物合成减少与幼红细胞线粒体的一碳单位代谢过程受影响有关。SFXN1缺陷还影响了人脐带血CD34+细胞体外向红细胞的分化和成熟。此外，我们发现SFXN1的功能缺陷导致的低色素贫血不伴有铁蓄积。这些发现揭示了SFXN1基因通过参与血红素的生物合成对红细胞成熟起着至关重要的作用。