PKD1变异致男性不育及精子鞭毛结构异常的研究

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目的:常染色体显性多囊肾病(autosomal dominant polycystic kidney disease,ADPKD)是一种以双侧肾脏进行性多发囊肿为主要表现的单基因遗传病,其在人群中的发病率约为1/1000。ADPKD的致病基因为PKD1和PKD2,分别编码多囊蛋白Polycystin-1(PC1)和Polycystin-2(PC2)。本研究旨在对多囊肾病患者进行基因诊断,分析胚胎植入前遗传学检测(preimlantation genetic testing,PGT)辅助生殖结局,同时探究ADPKD与男性生殖障碍之间的关系。方法:利用全基因组或外显子组测序对疑似患者进行基因诊断并通过PGT技术助孕。明确为PKD1基因突变的ADPKD男性患者与年龄相匹配的正常男性对照组通过手淫法获得精液。精子活力和精子形态分别利用计算机辅助分析系统(CASA)、免疫荧光和透射电镜等方法进行评估。体外,我们在Pkd1基因敲除的肾小管上皮细胞中观察细胞增殖、纤毛分化功能以及Hippo信号通路核心激酶表达水平。结果:ADPKD患者PGT周期与DMD携带者PGT周期比较后发现受精率、卵裂率、有效胚胎率和优秀胚胎率等并无显著差异,但ADPKD组孕早期易发生早期流产。ADPKD男性患者伴有不同程度的少弱精子症或畸精症,其精液的各项活动力参数明显低于对照组。在精子形态学上,ADPKD组的精子鞭毛呈现明显的卷曲,且鞭毛长度较正常对照组短。透射电子显微镜可观察到ADPKD组精子超微结构存在缺陷,主要包括中央微管的缺失以及周围双联微管的排列异常或缺失,甚至可累及外周致密纤维空间结构异常。此外,特异表达在鞭毛轴丝的乙酰化α-tubulin蛋白在ADPKD组鞭毛中明显降低。在Pkd1基因敲除的肾小管上皮细胞中我们同样观察到了乙酰化α-tubulin蛋白表达量的降低。同时,Pkd1基因的敲除还导致Hippo信号通路的核心激酶——MST1和LATS1蛋白表达减少,下游效应分子YAP/TAZ的磷酸化水平降低,更多入核的YAP/TAZ使纤毛解聚相关蛋白AURKA的转录翻译水平升高。结论:ADPKD男性患者精子活力存在明显异常,精子鞭毛结构存在典型的微管结构缺陷。体外细胞实验提示PC1蛋白的缺失或减少将联合失调的Hippo通路-YAP/TAZ-AURKA轴,促进乙酰化α-tubulin的去乙酰化过程,加速细胞纤毛的解聚,导致纤毛微管结构缺陷和异常。
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