Codanin-1（CDAN1）通过调控AHSP表达影响红细胞分化——先天性红细胞生成异常性贫血I型（CDA-I）的分子机制研究

本研究针对先天性红细胞生成异常性贫血I型（CDA-I）的致病机制，通过构建人K562细胞和原代CD34+细胞红系分化模型，发现Codanin-1蛋白缺失会导致红细胞分化受阻、双核化现象及血红蛋白合成减少。RNA-seq和ChIP-seq分析揭示Codanin-1通过直接结合AHSP（α-血红蛋白稳定蛋白）等关键基因调控区域影响其表达，为CDA-I的治疗提供了新的分子靶点。

　　

在血液疾病研究领域，先天性红细胞生成异常性贫血I型（Congenital Dyserythropoietic Anemia Type I, CDA-I）一直是一个令人困惑的难题。患者表现为贫血、骨髓红系前体细胞形态异常、无效造血和铁过载，其典型特征包括红细胞核间染色质桥、双核化以及电镜下呈现"瑞士奶酪"样核形态。尽管已知大多数CDA-I病例由CDAN1基因突变引起，但该基因编码的Codanin-1蛋白的具体功能及其导致红细胞特异性表型的机制仍不明确。

为揭示Codanin-1在红细胞分化过程中的作用机制，研究团队建立了人K562红白血病细胞系和原代CD34⁺细胞（来源于动员外周血）的红系分化模型，通过siRNA和shRNA敲低Codanin-1表达，结合RNA测序（RNA-seq）、染色质免疫沉淀测序（ChIP-seq）、流式细胞术、集落形成实验等技术，系统研究了Codanin-1缺失对红细胞分化的影响。

研究采用的主要技术方法包括：利用siRNA/shRNA敲低CDAN1基因表达；通过5-氨基乙酰丙酸（ALA）诱导K562细胞红系分化；原代CD34⁺细胞采用4阶段培养系统进行红系分化；使用RNA-seq分析全局基因表达变化；通过ChIP-seq检测Codanin-1与靶基因调控区域的结合；采用流式细胞术分析细胞表面标志物（CD71和CD235a）表达和去核率；通过集落形成 assay评估红系祖细胞发育能力。

Codanin-1在红系分化过程中持续表达

研究发现，在ALA诱导的K562细胞红系分化过程中，Codanin-1的mRNA和蛋白表达水平保持稳定，而α-珠蛋白表达显著上调。在原代CD34⁺细胞红系分化过程中，CDAN1 mRNA也呈现持续性表达特征，表明Codanin-1在红系分化过程中发挥基础性作用。

Codanin-1敲低抑制K562细胞红系分化

Codanin-1敲低后，K562细胞出现明显的分化受阻表型：苯胺蓝阳性细胞比例显著降低（从51.1%降至32.7%），双核化细胞比例增加（8.3%），α-珠蛋白蛋白水平下降但mRNA水平不变。通过回补实验证实，外源表达野生型Codanin-1能够恢复α-珠蛋白表达，证明Codanin-1对红系分化具有特异性调控作用。

原代CD34⁺细胞中Codanin-1敲低损害红系生成

在原代细胞模型中，Codanin-1敲低导致红系分化异常：双核化细胞比例达8.9%，出现核间染色质桥；BFU-E和CFU-E集落数量显著减少（分别减少88%和77%）；流式细胞术分析显示CD71⁺/CD235a⁺细胞群比例显著降低，表明红系成熟过程受阻。

Codanin-1敲低引起全局基因表达变化

RNA-seq分析发现，在Codanin-1敲低的原代红系细胞中，共有342个基因表达发生显著改变（274个下调，68个上调）。其中包括多个红系相关基因：AHSP（α-血红蛋白稳定蛋白）、GYPA（血型糖蛋白A）、FN1（纤维连接蛋白1）、KIT（干细胞因子受体）、KLF2（Krüppel样因子2）等。这些基因功能富集分析显示与造血系统发育、红细胞分化等过程密切相关。

AHSP表达受Codanin-1直接调控

特别值得注意的是，AHSP作为α-珠蛋白的分子伴侣，在Codanin-1敲低后表达显著下降。Western blot证实AHSP蛋白水平降低，同时伴随α-珠蛋白蛋白水平下降。高盐裂解实验表明α-珠蛋白的减少可能与蛋白沉淀有关，提示AHSP表达下降可能导致游离α-珠蛋白不稳定而发生沉淀。

Codanin-1直接结合靶基因调控区域

ChIP-seq分析发现Codanin-1在K562细胞中结合7105个基因组位点，其中1191个位于基因转录起始位点附近5kb区域内。与红系主调控因子GATA1有1080个结合位点重叠。PCR-ChIP验证证实Codanin-1直接结合AHSP、GYPA、FN1、KIT、KLF2等基因的调控区域，表明Codanin-1可能作为转录辅助调控因子直接调节这些基因的表达。

本研究通过系统的实验证明，Codanin-1作为红系分化的关键调控因子，其功能缺失会导致红细胞分化受阻、形态异常和血红蛋白合成减少，重现了CDA-I的主要病理特征。机制上，Codanin-1通过直接结合AHSP等关键红系基因的调控区域，影响其表达水平，从而维持正常红系分化过程。特别是AHSP表达下降可能导致α-珠蛋白稳定性降低和沉淀，这可能是CDA-I中无效造血的重要机制之一。

这些发现不仅深化了对CDA-I发病机制的理解，也为开发新的治疗策略提供了潜在靶点。同时，研究揭示了Codanin-1在红系特异性基因调控中的新功能，为研究核重塑在造血发育中的作用提供了新视角。该研究发表于《Annals of Hematology》杂志，为血液疾病领域带来了重要的科学突破。