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【遗传病科普第104期】EMILIN1缺陷引起弹性组织生成受损从而导致胶原纤维生成缺陷

已有 2228 次阅读 2022-11-26 10:53 |个人分类:遗传基因致病机制|系统分类:科普集锦

2022年11月1日，Gerhard Sengle与Bert Callewaert等人在The American Journal of Human Genetics杂志上在线发表了研究论文“EMILIN1 deficiency causes arterial tortuosity with osteopenia and connects impaired elastogenesis with defective collagen fibrillogenesis”。该研究主要报告了双等位基因EMILIN1功能缺失变异，导致皮肤松弛、动脉弯曲、动脉瘤形成和骨脆弱，发现EMILIN1连接弹性纤维网络与胶原纤维的形成，并且与骨和血管组织稳态相关。

研究背景

弹性组织的生成是一个复杂的多步骤过程，原弹性蛋白被纳入原纤维蛋白微原纤维束（FMF），并与赖氨酸氧化酶(LOX)交联生成弹性纤维。弹性纤维是细胞外基质的重要组成成分，在动脉壁中具有伸展性，对管壁起支撑作用，维持血管尤其是动脉的正常结构及弹性回缩功能起着重要功能。在弹性纤维中，EMILIN1(弹性蛋白微纤维接口定位蛋白-1)定位于FMF支架和弹性蛋白核心之间的界面。EMILIN1是一个115 kDa的糖蛋白，属于EMILIN/Multimerin家族，这个家族特征是具有明确的结构域:N端EMI结构域，约80个氨基酸的富含半胱氨酸序列，具有丰富的螺旋结构约700个氨基酸的中心部分，和一个与gC1q结构域同源的C端区域。EMILIN1在弹性形成中的确切作用尚不清楚。Emilin1缺陷小鼠的主动脉和皮肤的弹性纤维缺陷，导致血管异常，如血压升高，周围血管阻力增加，血管变小。弹性生成受损会对富含弹性的组织造成严重后果，包括皮肤、心血管和肺系统。尽管这些发现指向EMILIN1参与结缔组织稳态，但其在人类疾病中的确切作用仍是谜。

研究结果

本研究在来自4个不相关家庭的6名患者中，通过遗传分析在所有受影响的个体中均发现EMILIN1 (Genbank: NM_007046.4)中存在双等位基因功能缺失突变(图1)。根据疾病和携带者状况，所有突变都在家庭成员中共分离，并且所有突变在数据库中没有报道。6例中有5例出现肋骨、锁骨、肩峰、跖骨或桡骨、尺骨和腓骨等长骨骨折(F1:IV-2, F2:IV-2, F2:IV-3, F3:III-1, F4:II-3)。所有个体均存在动脉弯曲，主要影响主动脉和主动脉主侧支，包括颈动脉、肺动脉和头臂动脉。4名受试者出现主动脉根动脉瘤。大多数患者表现出颅面异常，包括短而向下倾斜的睑裂、内眦、凸和/或宽的鼻嵴、突出的鼻唇襞和下垂的脸颊、长中骨、薄上唇、小颌和高弓状腭。结缔组织特征包括蓝色巩膜(F1:IV-1, F1:IV-2，和F3:III-1)，和薄而柔软的皮肤(F1:IV-1 F1:IV-2，和F3:III-1)，关节过度松弛(F1:IV-1 F1:IV-2，和F2:IV-3)，蜘蛛结节(F1:IV-1)。据报道，所有可评估个体的神经运动发育正常。

图1 EMILIN1突变患者的临床和分子特征

之后从患者真皮成纤维细胞中检测到EMILIN1 mRNA水平与蛋白水平显著降低。对EMILIN1突变个体的终末期病变主动脉样本分析发现，发生了主动脉缩窄和夹层。组织染色在诊断背景下突出了严重的内侧退行性改变和轻度内膜纤维化伴弹性层碎裂，超微电镜显示皮肤弹性纤维呈碎片状弹性蛋白核心，中间间隙存在微原纤维。进一步研究发现，EMILIN1的缺失严重影响EFEMP2 ECM的沉积，影响LOX的功能，影响胶原网络的组装和交联。

接下来，构建Emilin1^-/-小鼠模型。发现Emilin1^-/-小鼠模型与人类缺乏EMILIN1的患者很相似，同样影响了EFEMP2的生成和胶原沉积，也会影响胶原合成和TGF-β活性。进一步研究发现，患者F1:IV-1和F3:III-1的真皮活检TEM显示胶原纤维大小高度可变。定量证实，较宽的分布向较大的直径转移。与此一致，Emilin1^-/-小鼠3月龄皮肤胶原纤维形态不规则，直径较大。此外，缺少EFEMP2和emilin1的样品显示出更光滑的表面，较少的纤维垂直突起。胶原原纤维纵切面显示沿原纤维轴的直径变化 (图2)。

图2 EMILIN1的缺乏影响胶原纤维的形成

图3完整的弹性纤维形成需要EMILIN1

结论

总之，研究报告了由EMILIN1双等位基因功能缺失变异引起的伴动脉弯曲、动脉瘤形成和骨质减少的皮肤松弛综合征。并且提出了一个弹性纤维和胶原蛋白网络功能相互依赖的模型。在该模型中，EMILIN1在弹性纤维和胶原纤维形成中具有双重功能。因此，EMILIN1不仅在弹性发生过程中协助EFEMP2和对角弹性蛋白沉积到FMF支架上，而且通过EFEMP2将LOX靶向到胶原纤维上，以建立关键的胶原交联（图3）。

参考文献：Christin S Adamo, Aude Beyens, Alvise Schiavinato, et al. EMILIN1 deficiency causes arterial tortuosity with osteopenia and connects impaired elastogenesis with defective collagen fibrillogenesis. Am J Hum Genet. 2022 Nov 1; S0002-9297(22)00458-X.