SD-hGFAP大鼠

产品编号：IR1019

品系全称：SD-Gfap^em1(hGFAP)/Cya

品系背景：Sprague-Dawley

传代建议：纯合与纯合互配

品系描述

亚历山大病（Alexander Disease, AxD），也被称为纤维蛋白质营养不良或巨脑型婴儿脑白质营养不良，是一种主要影响婴幼儿和儿童的白质营养不良症。其特征为运动和认知障碍以及癫痫发作，呈常染色体显性遗传。星形胶质细胞是中枢神经系统（CNS）的关键组成部分，负责调节离子平衡、神经递质的摄取和代谢、突触的形成和稳定，以及血脑屏障的功能 ^[1]。GFAP基因编码星形胶质细胞特有的神经胶质纤维酸性蛋白，参与细胞内细胞骨架重组、细胞黏附、维持脑内髓鞘形成和神经元结构，并作为细胞信号转导通路。作为中间丝蛋白家族的一员，GFAP蛋白分子的结合在星形胶质细胞的发育过程中形成了主要的中间丝蛋白，这是其细胞骨架的重要组成部分 ^[2]。在正常情况下，GFAP蛋白会形成同源二聚体发挥作用。然而，在亚历山大病（AxD）患者的脑部，GFAP基因的功能增益型（GOF）突变会导致蛋白质错误积累，形成名为罗森塔尔（Rosenthal）纤维的异常包涵体。这些聚集体对星形胶质细胞的结构和功能产生影响，进而导致神经系统功能障碍和患者的大脑髓鞘（白质）的破坏，对中枢神经系统产生破坏性影响。研究表明，GFAP下调可降低创伤性脑损伤的严重程度，GFAP可作为创伤性脑损伤和亚历山大病（AxD）的药物靶点 ^[3]。

目前已有多项靶向GFAP的治疗药物正在进行临床或临床前研究，尤其是靶向GFAP的小分子药物和ASO药物，其适应症包括亚历山大病和创伤性脑损伤。由于大多数ASO药物和基因疗法均作用于人源GFAP基因，考虑到动物和人在基因上的差异性，将动物基因进行人源化修饰将有助于推动靶向GFAP的疗法加速迈入临床阶段。本品系是大鼠Gfap基因人源化模型，可用于亚历山大病和创伤性脑损伤等神经疾病的研究。该模型纯合子是可存活且可育的。此外，基于自主研发的TurboKnockout融合BAC重组的技术创新，赛业生物还可提供基于该模型构建的热门点突变疾病模型，也可针对不同点突变提供定制服务，以满足广大研发人员的药效学等实验需求。

构建方式

图1. SD-hGFAP大鼠基因编辑打靶示意图。将大鼠Gfap基因ATG起始密码子至3'UTR的序列替换为人源GFAP基因ATG起始密码子至3'UTR的序列。

研究应用：亚历山大病、创伤性脑损伤研究。

验证数据

• 人源和鼠源基因表达的检测

图2. 野生型（SD）和SD-hGFAP大鼠小脑（Cerebellum）和脊髓（Spinal Cord）的基因表达检测。通过RT-qPCR检测SD大鼠与SD-hGFAP大鼠中人源和鼠源基因的表达，结果显示SD-hGFAP大鼠的小脑和脊髓均显著表达人源GFAP基因且不表达鼠源Gfap基因，而SD大鼠体内仅存在鼠源Gfap基因的表达，不存在人源GFAP基因的表达。

罕见病数据中心（RDDC）

• 基因基本信息

• 临床突变信息

• 疾病介绍

亚历山大病（Alexander Disease, AxD），又称纤维蛋白质营养不良、巨脑性婴儿脑白质营养不良，是一种罕见的非家族性致死性白质脑病和神经系统进行性变性病，是目前已知的星形胶质细胞唯一原发性疾病，呈常染色体显性遗传。该疾病依据发病年龄分为3型：婴儿型、少年型和成年型，其中，婴儿型及少年型患者居多。婴儿型AxD与严重的智力残疾、发育迟缓、脑部积水和癫痫发作相关，婴儿型患者一般在发病后的2年内死亡。少年型和成年型患者的常见症状包括言语异常、吞咽困难、癫痫发作和共济失调。亚历山大病由神经胶质纤维酸性蛋白（Glial fibrillary acidic protein, GFAP）基因突变导致。

• 基因及突变介绍

GFAP基因位于染色体17q21，包含9个外显子，编码星形胶质细胞特有的神经胶质纤维酸性蛋白。该蛋白为中枢神经系统星形胶质细胞的中间丝蛋白，参与细胞内细胞骨架重组、细胞黏附、维持脑内髓鞘形成和神经元结构，并作为细胞信号转导通路等。正常情况下，GFAP蛋白会形成同源二聚体发挥作用，GFAP基因的突变会导致蛋白质错误积累，形成名为罗森塔尔（Rosenthal）纤维的异常包涵体，这会对亚历山大病（AxD）患者的大脑髓鞘（白质）造成破坏。

已有研究表明，GFAP基因的Exon 1可能是中国AxD患者的热点突变区域，并且绝大部分为点突变，少数为缺失突变，而大片段缺失仅见1例报道。目前，国外报道了4种AxD热点突变：P.Arg239（20.3％）、P.Arg79（16.6％）、P.Arg88（7.9％）以及P.Arg416（5.6％）。此外，外显子突变主要集中于Exon 1和Exon 4 ^[4-6]。

• 非编码区功能

Intron 3剪接受体位点发生c.619-1G>A突变可导致亚历山大病 ^[8]。miRNA通过靶向3'UTR区域可调控GFAP表达 ^[9]。

• 基因治疗

目前已有多项靶向GFAP的治疗药物正在进行临床或临床前研究，尤其是靶向GFAP的小分子药物和ASO药物，其适应症包括亚历山大病和创伤性脑损伤。基因治疗头部公司Ionis所研发的ASO药物ION-373（临床3期）可抑制大鼠组织中GFAP的异常累积并恢复星形胶质细胞正常的功能性表达，通过靶向GFAP突变基因来减少功能异常的星型胶质细胞。该管线的临床前研究正是以GFAP R239H点突变大鼠作为实验对象。文献表明，相较于小鼠模型，点突变大鼠可表现出更严重的行为症状、白质异常和髓磷脂缺陷等，更符合患者的临床表现 ^[10-11]。为此，赛业生物开发了SD-hGFAP人源化大鼠模型（产品编号：IR1019），并在此模型基础上构建了人源化疾病模型，该模型携带人类常见严重早发型AxD突变（p.R239H）。

综上所述，GFAP基因是亚历山大病的重要致病基因，也可作为创伤性脑损伤的药物靶点。赛业的GFAP全人源化大鼠及在该人源化模型基础上构建的热门点突变疾病模型（如hGFAP (p.R239H) 大鼠）可应用于亚历山大病和创伤性脑损伤的临床前研究。此外，赛业针对该基因的不同点突变还可提供模型定制服务。

参考文献

[1]Endo F, Kasai A, Soto JS, Yu X, Qu Z, Hashimoto H, Gradinaru V, Kawaguchi R, Khakh BS. Molecular basis of astrocyte diversity and morphology across the CNS in health and disease. Science. 2022 Nov 4;378(6619):eadc9020.

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[10]Brenner M , Messing A .Regulation of GFAP Expression[J].ASN Neuro, 2021, 13:1759091420981206.DOI:10.1177/1759091420981206.

[11]Hagemann TL, Powers B, Lin NH, Mohamed AF, Dague KL, Hannah SC, Bachmann G, Mazur C, Rigo F, Olsen AL, Feany MB, Perng MD, Berman RF, Messing A. Antisense therapy in a rat model of Alexander disease reverses GFAP pathology, white matter deficits, and motor impairment. Sci Transl Med. 2021 Nov 17;13(620):eabg4711. doi: 10.1126/scitranslmed.abg4711. Epub 2021 Nov 17. PMID: 34788075; PMCID: PMC8730534.