你有没有遇到过这样的患者？曾经发育正常的幼儿儿童逐渐出现面部特征异常、生长迟缓、智力发育迟缓、骨骼畸形、神经系统异常、心脏受累等症状。这其实是代谢障碍引起的一类复杂的多系统疾病，其发病机制涉及多种基因和环境因素的相互作用。这些疾病通常会影响人体的多个系统，包括神经系统、内分泌系统、消化系统、骨骼系统和心血管系统等。目前，针对这些疾病的治疗方法主要针对其临床表现，而非潜在的遗传缺陷，因此患者需要终身接受治疗。为了更好地理解这些代谢相关疾病的发病机制并探索潜在的治疗方法，需要构建能够全面地复制人类相关疾病的动物模型，为人们理解这些代谢相关疾病的发病机制以及潜在的治疗方法提供了重要的工具。

 

黏脂贮积症Ⅱ型（MLⅡ）

黏脂贮积症（Mucolipidosis）是一类罕见的溶酶体病，由溶酶体内酶的缺陷造成的机体分解黏多糖障碍引起。该类障碍将导致这些糖分子在细胞内、血液和结缔组织中的沉积，从而引起一系列的临床表型。该类疾病可分为Ⅰ-Ⅶ型，共7种类型和数种亚型。其中，黏脂贮积症Ⅱ型（mucolipidosis Ⅱ，MLⅡ）和黏脂贮积症Ⅲα/β型（mucolipidosisⅢ α/β，MLⅢα/β）均是由GNPTAB基因变异引起的。GNPTAB基因编码的N-乙酰葡糖胺-1-磷酸转移酶在溶酶体蛋白质的糖基化和定位中起着重要作用，突变会导致该酶的功能受损，进而影响溶酶体的正常功能。这类疾病的患者的症状包括生长迟缓、智力发育迟缓、面部特征异常、骨骼畸形、神经系统异常且常因心脏受累致心衰 ^[1]。

 

Paton L等人构建的Gnptab缺失小鼠模型全面地复制了人类MLⅡ的病理，表现出生长迟缓、骨骼和面部异常、循环溶酶体酶活性增加、细胞内溶酶体贮存和寿命缩短等特征 ^[2]。Ko AR等人通过基因编辑技术敲除小鼠Gnptab基因第12到第22个外显子构建的Gnptab-KO小鼠同样呈现多种MLⅡ的疾病表型，代表了其病理进展。同时，使用重组病毒载体，在该小鼠中表达Gnptab基因可以获得显著的治疗效益，为该类疾病的基因疗法提供了进一步的参考 ^[3]。

 

图1. GNPTAB KO小鼠（-/-）表现为生长迟缓和面部畸形的表型 ^[3]

 

肌肉营养不良-营养不良性糖尿病A3型 (MDDGA3)

肌肉营养不良-营养不良性糖尿病A3型（MDDGA3）也称肌-眼-脑病 (MEB)，是一种由氨基酸代谢酶基因突变导致的罕见先天性肌肉营养不良症 (CMD)。主要特征是出生时低张力，患者有肌肉营养不良、中枢神经系统异常和眼睛异常。MEB由POMGNT1基因的纯合或杂合突变引起，POMGNT1基因编码蛋白O-甘露糖β-1,2-N-乙酰葡萄糖胺基转移酶 (POMGnT1)，参与O-甘露糖糖基合成。POMGnT1对α-肌萎缩聚糖（α-DG）的氧化糖基化修饰对肌纤维膜的稳定性以及肌动蛋白细胞骨架与细胞外基质的连接至关重要。因此，POMGNT1基因的突变会导致O-甘露糖糖基的合成障碍，造成α-DG的糖基化降低，继而引起MDDGA3 ^[4]。目前的物理治疗可以帮助改善肌肉力量和协调，抗生素、皮质类、维生素B1、维生素B12和三磷酸腺苷也可用于帮助恢复患者功能，此外针灸也可用于缓解眼肌麻痹，但目前尚无有效的根治方法。

 

在小鼠中，POMGnT1的缺失将导致肌肉、眼睛和大脑的发育缺陷，其它表型还包括先天性、非进行性、轻度至中度的感觉神经性听力损失，并在耳蜗神经的外周段出现严重异常的髓鞘形成。此外，POMGnT1缺陷小鼠的视网膜出现了反应性胶质细胞增生，包括Müller胶质细胞和星形胶质细胞 ^[5-7]。POMGnT1缺陷小鼠呈现与人类MDDGA3疾病高度相似的疾病表型，可用于疾病的机制研究和药物研发等。

 

图2. POMGnT1缺陷小鼠呈现小脑较小的特征 ^[5]

 

尿崩症、糖尿病、视神经萎缩和耳聋四联症

尿崩症、糖尿病、视神经萎缩和耳聋四联症是一种常染色体隐性遗传性疾病，也被称为Wolfram综合征。其特征是青少年发病的糖尿病、尿崩症、视神经萎缩、听力损失和神经变性。根据国际疾病分类草案（ICD-11），Wolfram综合征被归类为罕见的特定糖尿病。目前没有有效的治疗方法可以延缓或逆转Wolfram综合征的进展，只能使用临床监测和支持性护理帮助减轻患者的痛苦并改善他们的生活质量。该病的一系列症状通常在儿童时期和成年早期出现，通常在15岁之前出现的糖尿病和视力问题，并最终因大脑功能受损而早逝。Wolfram综合征是由基因突变引起的，目前已经确定了两种与Wolfram综合征相关的基因：WFS1基因和WFS2基因，分别对应Wolfram综合征1型和Wolfram综合征2型 ^[8]。

 

Wfs1基因敲除小鼠表现出与Wolfram综合征相关的多种表型特征，包括糖尿病（高血糖、糖耐量受损、胰岛功能障碍）^[9-10]、视神经萎缩（视神经和视网膜神经节细胞退化导致进行性视力丧失）^[11]、尿崩症（抗利尿激素合成或分泌缺陷导致多尿和口渴）以及神经系统异常（运动协调和平衡障碍，伴行为异常及情绪障碍）^[12]。在Wfs1敲除小鼠中观察到的这些表型特征，为人们理解Wolfram综合征的发病机制以及潜在的治疗方法提供了重要的参考。

 

图3. Wfs1缺陷小鼠表现为进行性的胰腺β细胞缺失 ^[9]

 

先天性分泌性氯化物腹泻（CLD）

先天性分泌性氯化物腹泻（CLD）是一种罕见的常染色体隐性遗传疾病，其特征为水样腹泻，粪便中氯离子含量高，代谢性碱中毒和电解质紊乱。目前的治疗方法主要针对CLD的症状，而非潜在的遗传缺陷，早期诊断和积极的盐替代治疗可使患者正常生长发育，并取得良好的预后，钠氯化物和钾氯化物的替代治疗也对儿童有效，但这些治疗方法并不能根除潜在的基因缺陷，因此患者需要终身接受治疗。CLD是由SLC26A3基因的突变引起的，该基因编码肠细胞的膜蛋白，突变会导致该蛋白功能缺失，造成胃肠道液体酸化和液体吸收减少，从而导致大量水样腹泻和代谢性碱中毒的发展，伴有继发性高肾病醛固酮增多症 ^[13]。Slc26a3 KO小鼠在出生后表现出低渗透率死亡，幸存的小鼠则表现出高氯含量腹泻、生长迟缓、大肠袢扩张，结肠粘膜呈异常生长模式、结肠隐窝增殖区大大扩展和血浆醛固酮增加等典型CLD临床病症 ^[14]。

 

图4. Slc26a3 KO小鼠结肠中离子转运体的表达及活性缺失导致氯离子调控紊乱 ^[14]

 

 

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参考文献

[1] Leroy JG, Cathey SS, Friez MJ. GNPTAB-Related Disorders. 2008 Aug 26 [updated 2019 Aug 29]. In: Adam MP, Mirzaa GM, Pagon RA, Wallace SE, Bean LJH, Gripp KW, Amemiya A, editors. GeneReviews® [Internet]. Seattle (WA): University of Washington, Seattle; 1993–2023.

[2] Paton L, Bitoun E, Kenyon J, Priestman DA, Oliver PL, Edwards B, Platt FM, Davies KE. A novel mouse model of a patient mucolipidosis II mutation recapitulates disease pathology. J Biol Chem. 2014 Sep 26;289(39):26709-26721. doi: 10.1074/jbc.M114.586156. Epub 2014 Aug 8.

[3] Ko AR, Jin DK, Cho SY, Park SW, Przybylska M, Yew NS, Cheng SH, Kim JS, Kwak MJ, Kim SJ, Sohn YB. AAV8-mediated expression of N-acetylglucosamine-1-phosphate transferase attenuates bone loss in a mouse model of mucolipidosis II. Mol Genet Metab. 2016 Apr;117(4):447-55.

[4] Shenoy AM, Markowitz JA, Bonnemann CG, Krishnamoorthy K, Bossler AD, Tseng BS. Muscle-Eye-Brain disease. J Clin Neuromuscul Dis. 2010 Mar;11(3):124-6.

[5] Liu J, Ball SL, Yang Y, Mei P, Zhang L, Shi H, Kaminski HJ, Lemmon VP, Hu H. A genetic model for muscle-eye-brain disease in mice lacking protein O-mannose 1,2-N-acetylglucosaminyltransferase (POMGnT1). Mech Dev. 2006 Mar;123(3):228-40.

[6] Morioka S, Sakaguchi H, Mohri H, Taniguchi-Ikeda M, Kanagawa M, Suzuki T, Miyagoe-Suzuki Y, Toda T, Saito N, Ueyama T. Congenital hearing impairment associated with peripheral cochlear nerve dysmyelination in glycosylation-deficient muscular dystrophy. PLoS Genet. 2020 May 26;16(5):e1008826.

[7] Takahashi H, Kanesaki H, Igarashi T, Kameya S, Yamaki K, Mizota A, Kudo A, Miyagoe-Suzuki Y, Takeda S, Takahashi H. Reactive gliosis of astrocytes and Müller glial cells in retina of POMGnT1-deficient mice. Mol Cell Neurosci. 2011 Jun;47(2):119-30.

[8] Urano F. Wolfram Syndrome: Diagnosis, Management, and Treatment. Curr Diab Rep. 2016 Jan;16(1):6.

[9] Ishihara H, Takeda S, Tamura A, Takahashi R, Yamaguchi S, Takei D, Yamada T, Inoue H, Soga H, Katagiri H, Tanizawa Y, Oka Y. Disruption of the WFS1 gene in mice causes progressive beta-cell loss and impaired stimulus-secretion coupling in insulin secretion. Hum Mol Genet. 2004 Jun 1;13(11):1159-70.

[10]  Ivask M, Volke V, Raasmaja A, Kõks S. High-fat diet associated sensitization to metabolic stress in Wfs1 heterozygous mice. Mol Genet Metab. 2021 Sep-Oct;134(1-2):203-211.

[11]  Waszczykowska A, Zmysłowska A, Braun M, Ivask M, Koks S, Jurowski P, Młynarski W. Multiple Retinal Anomalies in Wfs1-Deficient Mice. Diagnostics (Basel). 2020 Aug 19;10(9):607.

[12]  Visnapuu T, Raud S, Loomets M, Reimets R, Sütt S, Luuk H, Plaas M, Kõks S, Volke V, Alttoa A, Harro J, Vasar E. Wfs1-deficient mice display altered function of serotonergic system and increased behavioral response to antidepressants. Front Neurosci. 2013 Jul 31;7:132.

[13]  Di Meglio L, Castaldo G, Mosca C, Paonessa A, Gelzo M, Esposito MV, Berni Canani R. Congenital chloride diarrhea clinical features and management: a systematic review. Pediatr Res. 2021 Jul;90(1):23-29.

[14]  Schweinfest CW, Spyropoulos DD, Henderson KW, Kim JH, Chapman JM, Barone S, Worrell RT, Wang Z, Soleimani M. slc26a3 (dra)-deficient mice display chloride-losing diarrhea, enhanced colonic proliferation, and distinct up-regulation of ion transporters in the colon. J Biol Chem. 2006 Dec 8;281(49):37962-71.