【IF=14.5】NGS发现新型动静脉畸形致病基因GPRASP1

导语

动静脉畸形（Arteriovenous malformation, AVM）由动脉和静脉直接异常交通形成，缺乏毛细血管床，是一种快速血流的血管畸形，也是青壮年脑出血的重要原因之一。前期在脑和脊髓AVM患者中发现，KRAS/ BRAF体细胞突变是散发性动静脉畸形的核心机制。然而，仍有超过10%的患者未检测到任何KRAS/ BRAF突变。越来越多的证据表明，仅体细胞变异的局部事件可能不足以使AVM表现出来，其遗传机制仍有待进一步阐明。

中国医学科学院阜外医院汪一波教授团队联合首都医科大学宣武医院张鸿祺教授、洪韬教授团队与世和基因合作，通过全外显子测序首次在AVM中发现携带了G蛋白偶联受体（GPCR）相关分选蛋白1（GPRASP1）的两个失活性错义突变。通过体外和体内实验证实，GRPASP1失活性变异可能影响GPCR的正常功能，并激活GPR4/cAMP/MAPK信号通路导致内皮功能障碍及AVM的发生。研究成果已发表在Brain（IF=14.5）。

研究亮点

1、 通过NGS测序首次在AVM患者中报道了两种GPRASP1功能失活性变异；

2、 通过体外和体内实验探究了GPRASP1在AVM中的作用机制，并提出了新的治疗策略；

研究结果

本研究通过全外显子测序对77名AVM患者血液进行测序分析，发现其中3名男性患者携带GPRASP1突变：2人携带GPRASP1 NM_014710.4: c.3499C>T (p.Arg1167Trp) (GPRASP1 R1167W)突变，1人携带GPRASP1 NM_014710.4: c.1659G>C (p.Trp553Cys) (GPRASP1 W553C)突变(图1)，且符合X-连锁隐性遗传模式（表1）。3名患者的GPRASP1突变采用桑格测序进行了验证（图1）。在所有患者中，GPRASP1胚系变异的发生率为3.9%（3/77）。

表1. 患者基线特征和GPRAP1变体蛋白功能评分的预测

图1. 3例患者家庭CPRASP1突变谱系与桑格测序验证的突变图谱

GPRASP1是G蛋白偶联受体(G protein-coupled receptor，GPCR)分选蛋白家族成员，对于维持体内GPCR稳态具有重要作用。研究利用AlphaFold2预测GPRASP1蛋白的结构变化发现，这两个GPRASP1变体的整体蛋白结构发生了明显的改变，并且通过SIFI评分和Polyphen2_HIDV评分进一步发现，这两个变体会损害蛋白的生物活性，可能在疾病的过程中发挥作用(表1和图2)。

图2. GPRASP1野生型和两种突变型的蛋白质结构对比

体内和体外实验证明，GPRASP1的两个错义突变与GPRASP1缺陷呈现类似的表型，都显著上调内皮激活/血管生成的分子，表明两种GPRASP1变异均被确定为以激活内皮细胞为特征的功能失活变异。在GPRASP1内皮细胞特异性敲除（ECKO）小鼠中，内皮细胞GPRASP1缺失导致脑出血、动静脉畸形、血管异常、多器官过度血管生成，并伴有内皮功能障碍。采用免疫沉淀法识别内皮细胞中与GPRASP1相互作用的GPCR，结果发现GPRASP1能与GPR4相互作用，促进GPR4的降解，而GPRASP1变体增加了GPR4蛋白的水平和半衰期。

进一步研究表明GPRASP1促进了GPR4的K63连接泛素化和内吞作用，有助于GPR4进入内体-溶酶体途径。接下来探究了导致内皮细胞血管异常的下游效应，证实了GPRASP1缺失激活了GPR4/cAMP/MAPK信号通路，从而导致内皮功能障碍。药物实验表明，GPR4拮抗剂NE 52-QQ57和JNK抑制剂SP600125能够抑制MAPK的激活以及与表型相关的靶向内皮激活因子的表达，从而改善内皮细胞GPRASP1基因敲除小鼠的血管异常和动静脉畸形。

图3. GPRASP1参与血管异常和AVM的概述

结语

本研究首次在AVM患者中发现了GPRASP1胚系突变，且符合X-连锁隐性遗传模式。体外和体内实验证实内皮细胞GPRASP1功能丧失减少了GPR4的K63泛素化、内吞和降解，从而导致GPR4过度积累以及后续cAMP/MAPK信号激活，造成内皮功能紊乱、血管异常和AVM发生。抑制GPR4和JNK可有效改善内皮Gprasp1缺失导致的血管表型。这些发现为GPRASP1在AVM中的作用提供了新的见解，并提出了新的潜在的治疗策略。

参考文献

【IF=8.4】脑脊液ctDNA可提示胃癌脑膜转移机制及预后

【IF=8.6】Motif有效预测肺癌脑转移：世和脑脊液片段组学新探索

案例报道 | 世和脑脊液ctDNA早于影像学9个月提示肺癌软脑膜转移