2012CB944700 排卵障碍相关疾病发生机制研究 (2).doc

项目名称： 排卵障碍相关疾病发生机制研究 首席科学家： 陈子江 山东大学 起止年限： 2012.1至2016.8 依托部门： 教育部 山东省科技厅 一、关键科学问题及研究内容 (一) 解决的关键科学问题 本项目拟通过基础与临床的紧密结合，探讨卵泡发育及排卵障碍的发生机制，阐明神经内分泌、卵巢局部因子以及遗传等因素在排卵障碍性疾病发生发展中的作用及相互关系；建立常见排卵障碍性疾病的资源库，为发展新型的疾病干预措施提供理论依据。拟解决的科学问题为：1）排卵障碍的神经内分泌调控机制是什么？2）卵巢局部因子在卵泡及排卵障碍中的作用机制是什么？3）人多囊卵巢综合征和原发性卵巢功能不全等排卵障碍疾病发生的遗传机制是什么？ (二) 主要研究内容 围绕拟解决的关键科学问题，利用多囊卵巢综合征和原发性卵巢功能不全大鼠或小鼠动物模型，研究多囊卵巢综合征和原发性卵巢功能不全形成过程中内分泌激素、神经递质、卵巢钠肽系统以及胰岛素及相关因子在排卵障碍中的作用机制。筛选钠肽系统和神经递质受体类药物靶点。利用体外培养模型和基因敲除小鼠模型，阐明卵泡发育过程中特异表达基因在卵泡发育和卵子排放过程中的作用机理，以及这些基因与临床排卵障碍疾病的相关性。建立常见排卵障碍性疾病资源库，建立完善标本库管理模式及共享体系；全面筛查多囊卵巢综合征基因、RNA及蛋白变异，探讨相关基因的分子作用机制；构建PCOS风险预测模型。探索POI与卵泡发育相关基因（包括课题1、2中涉及的候选基因）的关系; 利用高通量基因组技术-GWAS和第二代测序等技术对POI进行易感基因定位和功能研究; 建立POI风险预测模型。 二、预期目标 总体目标 阐明排卵障碍的发生机制，深入了解相关神经内分泌因子和卵巢局部因子在卵泡发育和排卵过程中的作用；建立常见排卵障碍性疾病资源库，为研究排卵障碍的发生机制奠定基础；实现排卵障碍性疾病发病机制的理论创新；建立风险预测模型，探寻药物作用靶点，为排卵障碍疾病的早期预警和干预措施的建立提供重要科学依据。 五年预期目标 1. 建立常见排卵障碍性疾病资源库，完善资源库管理模式及共享体系。 2. 利用相关疾病动物模型，阐明排卵障碍形成过程中相关神经递质、卵巢钠肽系统以及胰岛素相关因子的作用及机制。 3. 建立基因敲除小鼠模型和卵巢体外培养模型，阐明卵巢局部因子Wt1、Notch信号通路和水通道蛋白在排卵障碍中的作用。 4. 筛选出10-15个人类排卵障碍相关基因，制备相关动物模型，阐明2-3个关键基因在排卵障碍中的作用及分子机制。 5. 建立多囊卵巢综合征和原发性卵巢功能不全的疾病风险预测模型，根据动物模型筛选药物靶点，为发展新型的疾病干预措施提供理论依据。 6. 在本领域主流杂志发表论文50篇以上，争取发表10分以上文章4篇以上，申请国家专利10项左右，国际专利2项以上。 7. 在排卵障碍研究领域造就一支高水平的科研队伍，培养博士约50-60名，硕士研究生50-80名，博士后研究人员约20名，杰青2名，在国内创建一流的网络式合作研究平台。 三、研究方案 (一) 学术思路 本项目以建立疾病资源库为前提，借助高通量基因组学和蛋白质组学技术筛选疾病相关基因，利用疾病小鼠模型进行蛋白功能和机理研究，阐明神经内分泌、卵巢局部因子以及遗传和环境因素在PCOS、POI发生发展中的作用，为排卵障碍疾病的早期预警和干预措施的建立提供重要科学依据。 (二) 技术途径 基于我们前期工作基础，集成各种新技术和新模型，将基础研究与临床研究紧密结合，开展基因功能与发病机制研究。一方面以神经内分泌和卵巢局部信号通路为切入点，利用动物模型和体外培养体系，探讨神经递质、内分泌因子、钠肽系统、胰岛素及相关因子、雄激素、Notch、Wt1、水通道蛋白等对卵泡发育和排卵的调控机制。另一方面结合临床排卵异常疾病，借助生物芯片、深度测序、荧光原位杂交、比较基因组杂交芯片等高通量基因组技术，阐明PCOS、POI的致病机理。各课题组在已有的工作基础上，发挥各自的技术特点和优势，集中目标，重点突破。在基因水平、蛋白质水平、细胞与组织水平和整体水平上，综合应用生物信息学、分子生物学、生殖生物学以及系统生物学等多学科交叉手段，各课题间既有侧重点又有交叉，系统深入地研究排卵障碍的分子机理。 (三) 可行性分析 1. 研究队伍 本项目汇集了6家科研单位和医院的学术带头人，主要参加单位包括山东大学、中国科学院动物研究所、中国农业大学、吉林大学、安徽医科大学、南京医科大学。团队包括中科院院士1名、国家杰出青年基金获得者2名、中科院百人计划获得者2名、长江学者特聘教授2名、国家百千万人才2名、教育部百篇优秀博士论文获得者1名等，具备取得重大创新的科学积累和人才基础。参加人员长期从事生殖生物学和生殖疾病相关研究，积累了丰富的基础研究和临床实践经验，具有较强的独立研究能力；结构合理的优秀科研团队确保研究方案的顺利实施；优秀的中青年学术骨干，具备良好的大型科研课题实施的工作能力，掌握实验涉及的所有先进技术，保证了项目的实施和技术问题的解决。 2. 研究基础 1) 技术力量和研究平台：主要组成人员具有长期从事生殖调控和排卵障碍疾病机理研究的背景，建立了较为系统的卵泡发育、成熟、排卵和闭锁等方面的研究平台，包括卵泡体外培养系统、疾病动物模型、基因敲除小鼠模型等；已经收集近万例临床PCOS患者和近千例POI患者标本，具备较成熟的基因组学、蛋白质组学、生物信息学技术平台，为易感基因筛查和发病机制研究提供了前期基础。 2) 工作基础：项目组前期关于排卵调控和排卵障碍机理等多项研究成果在国际知名杂志Science、Nat Genet、J Clin Invest、Am J Hum Genet、Dev Cell、Proc Natl Acad Sci U S A、Mol Endorinol、Endorinology、Hum Reprod、J Cell Physiol、Mol Cell Endocrinol、Fertil Steril等刊物上发表，产生了重要的国际影响。本项目是对这些原创性研究的进一步深入和转化，保证了项目预期目标和研究方案的可行性。 3. 实验平台 项目组包括中国科研院动物研究所生殖生物学国家重点实验室、生物膜与膜生物工程国家重点实验室，山东大学国家辅助生殖与优生工程技术研究中心、实验畸形学教育部重点实验室和生殖内分泌教育部重点实验室，中国农业大学农业生物技术国家重点实验室和南京医科大学生殖医学国家重点实验室，实验室装备先进，技术力量雄厚，保证了实验需要的所有技术平台，具备项目实施需要的技术和设备力量 (四) 创新点与特色 1. 从学术思路来看：通过基础研究和临床研究的互动，转化或反转化，沿着从临床疾病到分子机理，再回到临床实践的多个层次开展系统研究。以建立排卵障碍性疾病资源库为前提，以研究卵泡发育及排卵的调控机制为基础，以阐明排卵障碍性疾病的发生机制为核心，为发展新型的疾病干预措施提供理论依据，达到基础理论和疾病防治的重要创新。 2. 从研究内容和技术手段来看：本项目创新性的综合运用高通量的全基因组和蛋白质组学技术平台，进行排卵障碍相关基因的筛查和功能研究；从神经内分泌和卵巢微环境等关键环节入手，制备疾病小鼠模型，阐明卵泡发育和排卵的分子机制，寻找合适的信号调控通路和药物作用靶点，为排卵障碍疾病的早期预警和干预措施的建立提供重要科学依据。 3. 从临床意义看：排卵障碍的病因学探讨是目前生殖领域关注的焦点，本项目首次对大样本中国汉族PCOS、POI进行GWAS分析和外显子测序，完成致病基因的精细定位和功能研究，建立风险预测模型，实现早期预警，使遗传信息与临床表型成功对接，使生物信息的临床价值最大化。预期结果为新型预防措施制定、诊断和治疗技术的建立提供依据，对提高女性身心健康水平及和谐社会建设具有重要意义。 （五）课题设置 本项目申请团队凝集了国内生殖医学临床与基础研究的优势力量，围绕要解决的关键科学问题和研究目标，本项目设置以下四个研究课题： 1. 排卵障碍的神经内分泌调控机制 2. 卵巢局部因子在卵泡发育及排卵障碍中的作用机制 3. 人多囊卵巢综合征关联基因筛查及其分子机理研究 4. 人原发性卵巢功能不全的相关基因筛选及功能研究 课题1：排卵障碍的神经内分泌调控机制 研究目标 利用多囊卵巢综合征和原发性卵巢功能不全大鼠或小鼠动物模型，研究多囊卵巢综合征和原发性卵巢功能不全形成过程中内分泌激素、神经递质、卵巢钠肽系统以及胰岛素及相关因子在排卵障碍中的作用机制。筛选钠肽系统和神经递质受体类药物靶点，为多囊卵巢综合征和原发性卵巢功能不全的临床治疗重要的理论和实验基础。 研究内容 1. 植物性神经递质与内分泌因子相互作用调控卵泡发育和排卵的分子作用机制 卵泡发育过程的不同阶段不仅受一系列特定基因程序性表达的调控，同时也受来自下丘脑、垂体和卵巢本身所分泌激素和神经递质的调节。如果神经内分泌紊乱将导致卵子发生失败、卵母细胞早熟或不成熟、不排卵和卵泡闭锁，进而引起不育，如多囊卵巢综合征和原发性卵巢功能不全。因此研究多囊卵巢综合征和原发性卵巢功能不全发生过程中神经递质与内分泌因子（FSH/LH、Leptin）如何相互作用调控卵泡发育和排卵，并阐明其具体分子作用机制，对于排卵障碍疾病的治疗和预防、延缓绝经期到来、提高生活质量也具有重要的临床指导价值。 首先，建立PCOS、POI大鼠模型，研究神经递质、内分泌因子（FSH/LH、Leptin）及其受体在卵泡发育和排卵过程中的表达模式和相互作用关系。其次，利用体外卵泡培养方法，通过添加神经递质或内分泌因子受体激动剂或阻断剂，深入研究神经内分泌因子在多囊卵巢和原发性卵巢功能不全形成过程中的调控关系和分子作用机制。并利用PCOS、POI动物模型以及钠肽系统基因突变小鼠，结合神经递质受体阻断剂，阐明神经递质与钠肽系统的调控关系，并找到可能的通过神经干扰改善PCOS、POI发生的方法。最后，利用人类临床组织标本，检测分析神经递质受体表达模式的变化；并通过体外细胞培养方法，验证在动物模型取得的实验结果在人类临床是否适用。 2. 促性腺激素-心钠肽系统调节卵母细胞成熟以及排卵的细胞内信号通路 卵泡发育和排卵如果出现异常将会导致女性生殖相关疾病的发生，如PCOS和POI严重影响女性的生育能力。那么在卵泡发育和排卵过程中，卵母细胞和卵泡体细胞如何相互识别和交流、建立细胞内信号通路、如何交流？是哪些基因通过何种机制决定了排卵？在PCOS和POI动物模型中促性腺激素又如何通过钠肽系统介导卵泡体细胞与卵母细胞的相互作用，其中会发生哪些异常调节现象，现象背后的具体细胞和分子机制又如何？ 针对上述问题，本课题将综合比较目前几种主要的PCOS、POI大鼠动物模型中钠肽系统的表达模式和作用方式发生了哪些异常变化，确定适用于本研究的PCOS、POI动物模型。然后，利用钠肽系统基因突变小鼠和体外卵泡培养方法，研究促性腺激素与心钠肽系统在多囊卵巢和原发性卵巢功能不全形成过程中的调控关系和分子作用机制。并由此筛选出促性腺激素和钠肽系统调控PCOS、POI发生的的关键蛋白，选择其合适的阻断剂或激活剂，结合体内和体外给药实验研究其调控卵母细胞成熟与排卵的分子信号通路。最后，利用人类临床组织标本，检测分析钠肽系统表达模式的变化；并通过体外细胞培养方法，验证在动物模型取得的实验结果在人类是否适用。 3. 胰岛素及相关因子在排卵障碍中的作用机制 在正常生理情况下，卵泡发生开始于募集一个或多个原始卵泡，终止于排卵或者卵泡闭锁。在哺乳动物中，99.9%的卵泡（卵母细胞）都闭锁死亡，这对于维持卵巢内环境的稳定及物种的恒定的排卵数目具有重要的意义。闭锁的基本特征就是激活卵母细胞和颗粒细胞的凋亡。而在PCOS中表现为卵泡发育异常及闭锁卵泡数目减少，进而导致慢性无排卵症状。目前对卵泡的发生及闭锁的分子机制还远未阐述清楚。现有研究表明： Insulin/IGF-1信号通路与PCOS的发生具有明显的关联，但其具体机制尚不明了。 为此，我们首先利用Insulin receptor/IGF-1卵巢特异性基因敲除小鼠，通过细胞生物学和分子生物学的方法来检测并寻找Insulin/IGF-1信号通路在卵泡的发育及闭锁过程中起主要作用的下游分子，阐明Insulin Receptor/IGF-1信号通路调节卵泡的发育及闭锁的分子调节机制；其次，鉴于高雄激素是PCOS的特征性的临床表型，我们将重点观察胰岛素信号通路对卵巢类固醇激素合成代谢相关的关键基因的表达部位以及定量。并结合卵母细胞、颗粒细胞、卵巢泡膜细胞等原代细胞模型，研究Insulin/IGF-1信号通路在类固醇激素的合成和分泌的调节机理。利用PCOS/POI动物模型以及病毒转染技术（retrovirus, Lentivirus, Adenovirus）对目的基因进行敲降或过表达，阻断或激活该信号通路的下游因子，来寻找该信号通路对PCOS的调控分子网络。 经费比例：26% 承担单位：中国科学院动物研究所、中国农业大学、山东大学 课题负责人：金万洙 学术骨干：夏国良、苟克勉、邵常顺 课题2：卵巢局部因子在卵泡发育及排卵障碍中的作用机制 研究目标 利用体外培养模型和基因敲除小鼠模型，阐明卵泡发育过程中特异表达基因在卵泡发育和卵子排放过程中的作用机理，以及这些基因与临床排卵障碍疾病的相关性，为人类排卵障碍疾病的临床治疗提供理论依据。 研究内容 1. 雄激素在PCOS发生中的作用及机理研究 在临床上，高雄激素血症是PCOS的重要特征之一，因此普遍认为高雄激素可能是PCOS的致病原因之一，但是长期以来没有实验证据。我们的前期研究结果发现，雄激素能促进原始卵泡的启动发育，但是抑制初级卵泡的进一步发育，这与PCOS患者的临床表现非常类似。我们对其作用机理也进行了初步探讨，结果发现雄激素是通过促进Foxo3a的磷酸化诱导原始卵泡启动，同时抑制GDF9的表达，从而抑制卵泡进一步发育，但是具体的分子机理还需要深入研究。另外，这个模型只是部分模拟了PCOS的临床表现，而PCOS可能是多因素共同影响的结果，因此我们将进一步结合临床研究的结果，制备相应的动物模型，研究雄激素与其他致病因素如何协同作用，以及他们之间的相互作用关系。利用卵巢培养模型和基因敲除的小鼠模型系统研究雄激素及其受体AR对卵泡发育的调控机理，并结合临床研究，探讨雄激素与PCOS的相关性。 2. Wt1基因、Notch信号通路在卵泡发育和排卵障碍中的作用 1) Wt1基因在卵泡发育和排卵障碍中的作用研究 Wt1基因编码一个具有锌指结构的核转录因子，前期研究结果显示Wt1在卵巢颗粒细胞中有特异表达，推测它可能在卵泡发育过程中发挥作用，但是由于完全基因敲除小鼠在胚胎发育13.5天左右致死，而且没有性腺发育，很难判断其是否对卵泡发育有作用。我们研究发现，Wt1杂合突变的雌鼠表现为严重的生育缺陷，几乎不能繁殖。组织形态学结果显示，突变小鼠的卵巢明显小于正常对照，卵泡发育异常。这些结果显示，Wt1基因在卵泡发育过程中发挥重要作用。但是其分子机理目前还不清楚，由于纯合突变的小鼠胚胎致死，我们将利用实验室制备的条件性敲除小鼠 Wt1 flox，通过与Cre转基因小鼠交配在卵泡颗粒细胞中特异敲除Wt1基因，从而研究其作用机理。 2) Notch信号通路在卵泡发育和排卵障碍中的作用研究 Notch信号通路是进化上十分保守一种信号通路。以前的研究结果显示Notch信号通路成员在哺乳动物卵巢也有表达，但是其确切功能不清楚，其主要原因是Notch信号通路基因敲除后大多表现为胚胎致死。为了研究Notch信号通路在卵泡发育过程中的功能，我们建立了卵泡体外培养系统，用抑制剂阻断Notch信号通路，结果发现抑制剂处理后卵泡不能进一步发育，颗粒细胞发生凋亡，卵母细胞退化，说明Notch信号通路是卵泡正常发育所必需的，但是具体的作用机理还不清楚。另外Notch信号通路是通过颗粒细胞本身发挥作用，还是通过卵母细胞发挥作用，还需要进一步深入研究。为了进一步在在体条件下研究Notch信号通路在卵泡发育过程中的功能，我们已经得到了Notch信号通路关键基因RBP-j的条件性敲除小鼠模型，通过与不同的Cre小鼠交配，分别在颗粒细胞和卵母细胞中特异阻断Notch信号通路，然后研究他们对卵泡发育的影响，并探讨其分子机理。 3. 水通道蛋白在卵泡发育和排卵障碍中的作用机制 水通道蛋白(Aquaporin, AQP)家族是细胞膜上选择性快速转运水分子的蛋白孔道。水通道蛋白家族在哺乳动物的生殖系统表达广泛。目前已发现AQP3、AQP7、AQP8和AQP9四种水通道蛋白在卵巢表达。其中AQP3和AQP7表达在卵细胞上，AQP7-9表达在颗粒细胞上。另外我们最近发现AQP5、AQP11和AQP12 mRNA在卵巢颗粒细胞也有表达。我们的前期研究结果发现AQP8敲除雌鼠卵巢中多卵卵泡数量增多，提示AQP8在卵泡发育过程中发挥作用，但是确切的作用机理尚不清楚。尽管水通道蛋白在卵巢的表达存在种属差异，前期工作已确认除AQP8外，还有AQP3在卵细胞表达，AQP5和AQP7在小鼠卵巢颗粒细胞表达，AQP3、5、7在卵泡发育和排卵中的作用尚不清楚。目前我们已经获得AQP3、5、7敲除小鼠模型，因此我们将利用这些小鼠模型，通过交配分别建立AQP5/8双敲除和AQP7/8双敲除模型进一步研究颗粒细胞水通道蛋白在正常和异常排卵中的作用，建立AQP3/8双敲除模型研究卵细胞和颗粒细胞主要水通道蛋白同时缺失对卵泡发育和排卵的影响。 经费比例：23% 承担单位：中国科学院动物研究所、吉林大学 课题负责人：刘以训 学术骨干：麻彤辉、唐铁山、陈倩 课题3：人多囊卵巢综合征（PCOS）关联基因筛查及其分子机理研究 研究目标 建立常见排卵障碍性疾病资源库，建立完善标本库管理模式及共享体系；全面筛查多囊卵巢综合征基因、RNA及蛋白变异，探讨相关基因的分子作用机制；构建PCOS风险预测模型。 研究内容 1. 排卵障碍疾病资源库的建立 为了疾病研究的需要，建立各种排卵障碍性疾病如多囊卵巢综合征、原发性卵巢功能不全等疾病组织、细胞、外周血以及相应蛋白、RNA和DNA资源库；建立完善标本库管理模式及共享体系；进行系统的资料规整，进行环境因素、临床表型及基因型分析，建立各元素间的相互作用关系。 2. PCOS相关基因筛选与功能研究 1) 利用全基因组关联分析筛查PCOS关联位点 为从基因组水平全面获得PCOS易感基因，在先前GWAS研究的基础上，本课题拟扩增1500份PCOS样本进行全基因组SNP芯片基因分型，结合我们前期所做的744份PCOS芯片结果，综合分析，更全面的筛查PCOS关联位点；其次，将以上位点在大样本PCOS患者中验证，最终将获得在国际上样本量最大的万例PCOS全基因组关联研究结果。 2) PCOS相关基因的功能研究 THADA和DENND1A是我们前期GWAS筛查发现的两个与PCOS相关的基因，初步研究证实均在卵巢颗粒细胞特异性表达，推测它们可能与PCOS发病相关。为了深入研究THADA和DENND1A基因在卵泡发育和排卵过程中的作用，我们将制备这两个基因的条件性基因敲除小鼠模型，通过与颗粒细胞特异的Cre转基因小鼠交配，在颗粒细胞中特异敲除，然后研究它们在卵泡发育过程中的功能及其相应的分子机理，并进一步阐明它们在PCOS中的作用机制。除了上述基因, 我们将对扩大样品量后筛选得到的PCOS相关的候选基因进一步制备基因敲除或转基因的小鼠模型，从而验证这些易感基因的功能及其与PCOS发病的相关性。 NR4A1、SET和Peroxiredoxin 4是前期本项目组对PCOS卵巢的mRNA和蛋白表达谱分析发现的差异表达基因，为了研究它们的功能，利用体外卵泡培养体系、卵母细胞、颗粒细胞培养体系，应用病毒转染技术对目的基因进行敲降或过表达，研究它们在卵泡发育过程中的作用；然后再通过制备基因敲除和转基因小鼠模型对其功能进行深入研究。 3. PCOS的遗传风险预测模型建立和应用 在前述研究的基础上，明确PCOS发病相关基因，分析PCOS发病或临床分型相关的重要遗传信息，利用相关SNP 等位基因的OR值，建立乘法模型，换算人口的相对风险；将人口的相对风险和个体家族史的风险相乘，推导出总体的人口风险；最后，基于整体人口的相对风险、人群中PCOS的发生率等指标评估每个人的绝对风险。 从临床获得新的病例，检测并调整模型系数；应用预测模型对2000名青春期女性进行PCOS预测，随访数年，证实预测模型的可靠性。最终目的是对PCOS进行疾病风险预测，降低PCOS的发病，早期干预，减少PCOS并发症的发生。 经费比例：27%（含3.5%首席费） 承担单位：山东大学、南京医科大学 课题负责人：陈子江 学术骨干：赵跃然、赵涵、崔毓桂 课题4：人原发性卵巢功能不全（POI）的相关基因筛选及功能研究 研究目标 探索POI与卵泡发育相关基因（包括课题1、2中涉及的候选基因）的关系; 利用高通量基因组技术-GWAS和第二代测序等技术对POI进行易感基因定位和功能研究; 建立POI风险预测模型。 研究内容 1. POI卵泡发育相关基因突变筛查及其功能研究 我们前期研究发现了部分参与卵泡发育的卵巢特异性表达基因与POI的发生密切相关，但仍存在大量未知领域。精卵生成特异性HLH因子2（SOHLH2）基因是生殖细胞特异性转录调控因子，在卵泡发育早期阶段发挥重要作用。SOHLH2基因敲除雌鼠表现为始基卵泡向初级卵泡发育障碍，卵细胞过早耗竭，不能生育，类似人类POI的表现。WT1基因编码一个具有锌指结构的核转录因子，前期研究结果显示Wt1在卵巢颗粒细胞中有特异表达，Wt1杂合突变的雌鼠表现为严重的生育缺陷，几乎不能繁殖。组织形态学结果显示，突变小鼠的卵巢明显小于正常对照，卵泡发育异常。因此，SOHLH2、WT1可能是POI的相关基因。 本课题利用人排卵障碍资源库，对大样本的POI患者进行WT1、SOHLH2 (包括课题1和课题2中涉及的其他候选基因)等基因测序，筛查突变，寻找POI致病突变。并利用小鼠模型对致病基因的突变蛋白进行功能鉴定，从而阐明卵泡发育相关基因在POI发生中的作用机理。 2. POI的染色体结构畸变及致病基因的鉴定分离 染色体异常是POI最常见的病因，其发生率为10%～15%。大量文献证实X染色体与POI发生密切相关，但具体机制尚不清楚。迄今为止，通过对40余例X-常染色体平衡易位的研究已发现7个与POI相关基因。因此对X-常染色体平衡易位断裂点及X染色体节段性缺失的定位研究将有助于发现新的致病基因。 本课题利用荧光原位杂交和微阵列-比较基因组杂交等技术，克服传统核型分析的不足。明确染色体畸变在大样本中国汉族POI患者中的发生率及分布；精细定位染色体结构畸变断裂点，识别隐匿性染色体异常，缩窄关键区域，筛选新的候选基因；发现密切相关的候选基因后，另外选取独立的400例POI病例标本进行直接测序行基因突变分析；若提示为可能的致病基因则进一步制备相应的基因敲除小鼠模型对其生理功能进行在体研究。 3. 利用高通量基因组学技术发现POI易感基因 本课题组前期完成了400例中国特发性POI病例的全基因组扫描，发现了相关区域8q22.3和CNV位点Xq27。本项目拟在前期研究的基础上，借助基因组区域再测序技术，根据8q22.3候选区域内1Mb范围内已知、未知基因的功能、表达谱和基因敲除或转基因小鼠表型的相关生物信息资料，对全部基因外显子及两侧部分内含子序列、部分基因内和基因间高度保守序列以及已知microRNA编码序列进行测序；建立风险预测模型，利用关联SNP来作风险预测，对8q22.3区域的数个多态性位点联合临床表型进行分析；利用Taqman Copy Number Assays，采用荧光实时定量PCR技术，检测足够数量的独立患者及正常对照群体，判断ASFMR1拷贝数变化与POI的相关性，并进一步研究ASFMR1基因在POI发病机制中的作用。 本项目拟利用高通量全基因组外显子测序，对20个POI家系和100例散发患者突变基因进行筛查；建立基于“罕见疾病，罕见变异”理论为基础的POI罕见变异数据库；寻找病例中/家系患者中共享突变的基因；对已定位的突变基因进一步进行功能验证，我们主要是利用体外卵巢和卵泡培养体系结合慢病毒介导的过表达和siRNA敲低的方法对其功能进行初步研究。对于重要的基因通过制备基因敲除和转基因小鼠模型对其功能进行深入研究。 经费比例：24% 承担单位：安徽医科大学、山东大学、南京医科大学 课题负责人：曹云霞 学术骨干：马金龙、秦莹莹、霍然 本项目围绕排卵障碍这一关键科学问题，将基础与临床有机结合，课题一、二从基础研究入手，为课题三、四提供了候选基因和研究手段；课题三疾病资源库的建立，为课题一的基础研究提供人类标本资源，更是课题四的实施保障。所以，本项目各课题间互相交叉，互相渗透，互相合作，互相促进，实现了基础研究与临床研究的互动、转化与反转化，最终发现解决排卵障碍的有效途径，推动生殖医学的发展。 四、年度计划 研究内容 预期目标 第 一 年 1.建立动物PCOS/POI大鼠疾病模型，卵巢特异性基因Insulin receptor /IGF-1 receptor敲除小鼠。 2.建立和完善卵巢整体培养和卵泡体外培养的系统。 3. 制备颗粒细胞特异的Cre转基因小鼠FoxL2-Cre。 4. 比较AQP5、AQP7和AQP8敲除对小鼠卵泡发育和排卵的影响。 5.建立常见排卵障碍性疾病资源库。 6.继续大样本PCOS GWAS筛查。 7.POI人群SOHLH2突变筛查。 8. POI的染色体结构畸变分析。 9.筛查8q22.3区域内的POI易感基因。 1.建立适用于本研究的PCOS/POI动物模型和卵巢特异性基因Insulin receptor /IGF-1 receptor敲除小鼠。 2.确定钠肽系统、促性腺激素、性激素、胰岛素、神经递质及其受体的表达与卵泡成熟和排卵的关系。 3.获得颗粒细胞和卵细胞特异敲除的RBP-j敲除小鼠，获得FoxL2-Cre转基因小鼠并鉴定Cre的表达效率。 4.确定AQP5、AQP7和AQP8在卵泡的表达和调控特征、在颗粒细胞凋亡中的作用。 5.筛选新的PCOS易感基因。 6.明确SOHLH2基因在POI患者中的突变发生率及突变类型。 7.分析中国汉族POI患者染色体核型畸变类型及分布。 第 二 年 1.利用钠肽系统基因突变小鼠和卵巢特异性基因Insulin receptor /IGF-1 receptor敲除小鼠，分析钠肽系统在PCOS/POI发生过程可能的作用。添加相关阻断剂和激活剂，检测对卵母细胞成熟与排卵的影响。 2.观察颗粒细胞和卵细胞特异敲除的RBP-j敲除小鼠的表型。 3. 研究Wt1点突变小鼠在原始卵泡启动以及卵泡发育过程中的异常及其分子机理。 4.研究Wnt信号通路对卵泡发育相关基因表达变化的影响。 5.建立AQP5/8双敲除和AQP7/8双敲除小鼠模型；利用AQP3敲除小鼠研究AQP3在卵细胞发育中的作用。 6.研究THADA在高雄激素水平下对胰岛细胞的作用。 7.研究THADA和DENND1A在性激素合成过程中的作用。 8.继续收集新的PCOS样本用于风险预测模型的建立。 9.研究SOHLH2基因突变蛋白功能。 10.鉴定分离畸变染色体上的候选基因。 11. 继续对8q22.3区域内的易感基因进行体内、体外功能实验。 1. 筛选出调控排卵障碍的关键性神经递质和内分泌激素。 2.筛选出调控排卵障碍的关键性信号传导途径。 3.确定RBP-j在卵泡发育过程中的功能；确定Wt1基因、Wnt信号通路在卵泡发育过程中的功能。 4.获得足够数量的杂合子founder用于繁殖AQP5/8双敲除和AQP7/8双敲除小鼠；确定AQP3在卵泡发育各阶段的表达和调控特征以及对卵细胞发育的影响。 5.阐明THADA与高雄激素血症及胰岛素抵抗发生之间的相关性。 6.阐明THADA和DENND1A在人颗粒细胞中性激素合成过程中的作用。 7.阐明SOHLH2基因突变在POI发生中的作用机制。 8.明确畸变染色体断裂点相关的候选基因。 9.阐明易感区域8q22.3内相关基因与POI的相关性。 第 三 年 1.利用蛋白组学方法筛选促性　　腺激素和钠肽系统以及胰岛素相关因子调控PCOS/POI发生的的关键蛋白，结合体内和体外给药实验研究其调控卵母细胞成熟与排卵的分子信号通路。 2. 利用PCOS/POI动物模型以及钠肽系统基因突变小鼠以及胰岛素相关因子，结合神经递质受体阻断剂，研究神经递质与钠肽系统的调控关系及可能的通过神经干扰改善PCOS/POI的方法。 3. 观察AQP5/8双敲除和AQP7/8双敲除小鼠对卵泡发育的影响。 4.继续研究Wt1基因敲除对卵泡发育的影响。并利用FoxL2-Cre和Wt1条件性敲除小鼠交配获得卵巢颗粒细胞特异敲除的小鼠模型。 5.研究THADA和DENND1A在PCOS患者/动物模型中的表达。 6.制备THADA和DENND1A转基因小鼠或基因敲除小鼠模型。 7.继续收集新的PCOS样本用于风险预测模型的建立。 8.POI人群WT1突变筛查。 9.比较POI人群和正常对照人群ASFMR1基因拷贝数变异。 1.确定钠肽系统、神经递质、胰岛素在排卵障碍中的调控作用和可能机理。 2.明确PCOS/POI发生过程中钠肽系统、关键性内分泌激素、胰岛素和神经递质的作用关系和分子机理。 3.初步确定水通道蛋白AQP5/8和 AQP7/8卵泡发育过程中的功能。获得1-2种基因敲除的小鼠模型。 4.阐明THADA和DENND1A在卵泡发育排卵中的作用。 5.明确WT1基因在POI患者中的突变发生率及突变类型。 6.在染色体畸变位点发现新的POI致病基因。 7.明确ASFMR1基因拷贝数变异与POI的相关性。 第 四 年 1.收集PCOS/POI患者的卵巢组织标本，分析钠肽系统以及胰岛素相关因子的表达变化和细胞定位。 2．收集人类临床组织标本，检测分析神经递质受体以及胰岛素相关因子表达模式的变化。 3.继续研究AQP5/8和AQP7/8在卵泡发育过程中的功能。 4.利用颗粒细胞特异敲除的小鼠模型深入研究Wt1基因在卵泡发育过程中，特别是在颗粒细胞中的作用机理。 5.研究NR4A1、SET和Peroxiredoxin 4等基因在卵泡发育过程中的作用。 6.对新收集的2000样本进行基因分型，初步建立PCOS风险预测模型。 7.对WT1基因突变蛋白进行功能研究。 8.分析ASFMR1基因（CCG）重复次数在POI和对照人群中的差异。 9.POI家系全基因组外显子测序分析。 1.确定3-5个与卵泡障碍密切相关基因的功能。 2.确定神经递质与内分泌激素调控排卵障碍的分子作用机制。 3.确定胰岛素与细胞因子协同调控卵泡成熟和排卵的分子途径。 4.阐明水通道蛋白AQP5/8和AQP7/8在卵泡发育过程中的分子机理。 5.阐明Wt1在卵泡发育过程中的作用机理。 6.阐明NR4A1、SET和Peroxiredoxin 4等基因在PCOS发生过程中的作用。 7.初步建立PCOS风险预测模型。 8.阐明WT1基因突变在POI发生中的作用机制。 9.明确ASFMR1基因（CCG）重复次数与POI的相关性。 10.定位POI家系致病基因突变 第 五 年 1.根据前期研究进展，补充研究数据，完善神经内分泌因素以及胰岛素相关因子在PCOS/POI发生中的调控机理。 2.继续对前期制备的基因敲除小鼠进行表型分析和作用机理研究。 3.利用体外卵巢和卵泡培养模型对以上研究得到的作用机理进行进一步验证。 4.制备NR4A1、SET和Peroxiredoxin 4等关键基因敲除或转基因小鼠模型，对其功能进行深入研究。 5.完善PCOS风险预测模型并初步应用于临床。 6.建立POI风险预测模型。 7.对POI家系外显子测序发现的致病基因突变进行散发POI人群的筛查， 并对致病基因功能进行深入研究。 8.完成论文的撰写与发表，提交研究总结报告。 1．完成排卵障碍的神经内分泌调控机制的分子机制研究。 2. 初步阐明卵泡发育过程中局部因子的作用机理，基因他们之间的相互作用，另外通过相应的动物模型验证，对排卵障碍性疾病的发病机理有一个初步的了解。 3.阐明NR4A1、SET和Peroxiredoxin 4在PCOS发病中的作用机制。 4.完善PCOS风险预测模型，并初步应用于临床。 5.分析散发型和家族性POI发病机制的共性和特性。 6.阐明家族性POI致病基因的作用机制。 7.在本领域主流杂志发表论文50篇以上，争取发表10分以上文章4篇以上，申请国家专利10项左右，国际专利2项以上。 8.培养博士约50-60名，硕士研究生50-80名，博士后研究人员约20名，杰青2名。