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人的青春期发育受下丘脑-垂体-性腺（HPG）轴的调节。特发性低促性腺激素性性腺功能减退（IHH）是一种由HPG轴功能障碍引起的罕见疾病，其特征是青春期发育缺失或发育不全和不孕症。研究发现与IHH疾病相关基因发生缺陷会导致GnRH神经元迁移缺陷，嗅觉轴突导向缺陷，神经内分泌缺陷和性腺激素分泌异常。细胞粘附样分子L1 （cell adhesion molecule L1 like, CHL1）是神经细胞粘附分子家族的另一成员。CHL1主要表达于神经系统，并在神经元的定位和迁移、轴突的生长和树突的导向过程中发挥重要作用。然而，很少有研究报道CHL1在GnRH神经元与IHH中的作用。

研究人员对先证者（ FII-2）、母亲（FI-2）和弟弟（FII-3）进行了全外显测序，并对可疑致病变异及其共分离情况进行Sanger测序验证，采用未成熟的GnRH神经元细胞系（GN11细胞）在体外研究CHL1 基因c.1550G > A（p.G517E）变异对细胞功能的影响，验证其致病性。

该家系中共鉴定出4个CHL1、TAOK2、LAMA1和AXL基因罕见测序变异（表1），其中CHL1、TAOK2和LAMA1基因被报道与神经发育和轴突引导有关，而AXL是已知的IHH致病基因。在先证者（HH, FII-2）、患病的弟弟（IHH, FII-5）和他们的母亲（嗅觉缺失，FI-2）均检出CHL1 RSV（c.1550G>A, p.G517E） 。先证者及母亲均检出TAOK2和AXL RSVs。在先证者、患病的弟弟和他们的父亲（未患病，FI-1）中均检测出LAMA1 RSV。因此，先证者与患病的弟弟相比，从母亲那里额外遗传了两个RSV （TAOK2和AXL RSV）。该IHH家系基因突变分析和Sanger测序见图1。

表1罕见测序变异在在线评分数据库中的预测结果

图1 IHH家系基因突变分析和Sanger测序

SIFT， Polyphen2， PROVEN和 Mutation Taste四个预测软件预测 CHL1 RSV为可能致病 （PP）或致病 （P），而其他基因的RSV只有其中一个预测软件预测为可能致病 （PP）或致病 （P），提示CHL1 RSV可能影响CHL1蛋白的功能。CHL1蛋白是一种膜蛋白，包含6个免疫球蛋白（Ig）样C2结构域和4个纤黏连蛋白III结构域。p.G517残基位于第5个免疫球蛋白（Ig）样C2结构域 （图2a）。晶体结构预测，原始氨基酸甘氨酸是β-链结构的一部分，而替代氨基酸谷氨酸是不规则卷曲的一部分（图 2b）。甘氨酸被谷氨酸取代后，其电荷由中性变为酸性，表明这可能会影响相关残基的相互作用，进而影响蛋白质折叠。保守分析表明p.G517残基在其他7种脊椎动物中有高度的同源性（图2c），表明该位点在自然界中相对保守。

图2 CHL1 RSV的蛋白结构、晶体结构预测及保守性分析

体外功能试验表明：1.CHL1 RSV不影响CHL1的表达及亚细胞定位（图2d-h）；2. CHL1敲除和CHL1 RSV可能通过影响ERK1/2的激活水平而抑制GN11细胞迁移（图3a-f）；3.CHL1可能通过改变钙负荷水平和RIPK3 、MLKL的转录水平来调控 GN11细胞的死亡，CHL1 RSV则会影响此调控过程（图4a-i）。

图3 CHL1对GN11细胞迁移的影响

 图4 转录组分析及CHL1对GN11细胞坏死的影响

本研究在一个IHH家系中发现了一个CHL1罕见测序变异（c.1550G>A, p.G517E），扩展了IHH疾病的遗传图谱。体外功能试验分析表明CHL1可能通过改变ERK1/2的激活状态、钙负荷水平以及RIPK3和MLKL转录水平来调控GN11细胞的迁移和坏死，而CHL1 RSV（c.1550G>A, p.G517E）使CHL1蛋白功能受损，进而抑制GN11细胞的迁移和坏死，导致IHH疾病的发生。