【每周一鼠】潜在的肿瘤用药靶点——IGF1R与Igf1r敲除小鼠

赛业生物《每周一鼠》，每周五更新，为大家讲解一个小鼠模型的故事，希望对大家了解不同的小鼠模型有所帮助。今天和大家见面的是Igf1r基因敲除小鼠。

Igf1r基因

胰岛素样生长因子1受体，该受体以高亲和力结合胰岛素样生长因子。它具有酪氨酸激酶活性。胰岛素样生长因子1受体在转化事件中起着关键作用。该基因编码蛋白前体的裂解产生α和β亚基。它在大多数恶性组织中过度表达，通过提高细胞存活率而起到抗凋亡的作用。两个α亚基和两个β亚基构成IGF-1受体，α链位于细胞外而β亚基跨越细胞膜并负责在配体刺激时进行细胞内信号转导。

图1. IGF-1R激活和调节：IGF配体、IGF-1或IGF-2激活IGF-1R及其下游信号。^[1]

Igf1r敲除小鼠模型

1  KO小鼠（全身性基因敲除小鼠）

Liu et al通过同源重组构建了Igf1r基因敲除小鼠模型。纯合KO小鼠在出生时因呼吸衰竭而死亡，并表现出严重的生长缺陷（约为正常大小的 45%）。除了Igf1r^-/-胚胎（包括肌肉）全身器官发育不全和骨化发育延迟之外，还观察到中枢神经系统和表皮与正常状态存在偏差。^[2]

图2. Igf1r KO小鼠表型：（A）野生型（w）、杂合子（h）和纯合子（r）。纯合子大小上不同，而且在皮肤的外观上也不同。^[2]

Holzenberger et al使用杂合敲除小鼠进行了寿命相关的研究，Igf1r^+/-小鼠的平均寿命比野生型小鼠的平均寿命长26%，其中雌性Igf1r^+/-小鼠的寿命比野生型雌性的寿命长33%，雄性Igf1^+/-小鼠的寿命比野生型雄性的寿命增加了16%。长寿的Igf1r^+/-小鼠不发生侏儒症，能量代谢正常，营养摄取、体力活动、生育力和繁殖力不受影响。Igf1r^+/-小鼠对氧化应激表现出更强的抵抗力（氧化应激是已知的衰老决定因素）。这些结果表明IGF1R基因可能是哺乳动物寿命的中枢调节因子。^[3]

图3. Igf1r 杂合小鼠小鼠相对于WT小鼠的寿命延长。^[3]

图4. Igf1r 杂合小鼠抗氧化应激比WT更强：百草枯腹腔注射可诱导氧化应激。雌性突变体表现出较高的抗逆性，而雄性的增幅很小。^[3]

2  CKO小鼠（条件性敲除小鼠）

Kulkarni et al将Igf1r^flox/flox与Ins2-Cre（β细胞特异性工具鼠）交配，产生了在β细胞特异性敲除Igf1r基因的小鼠模型，纯合小鼠出生正常，且在成年后成活情况与WT一样：这些β细胞特异性纯合敲除小鼠显示出β细胞的正常生长和发育，但β细胞中Slc2a2（也称为 Glut2）和Gck（编码葡萄糖激酶）的表达降低，从而导致葡萄糖刺激的胰岛素分泌缺陷和葡萄糖耐量受损。因此，Igf1r对胰岛β细胞发育并不重要但参与分化功能的控制。

图5. β 细胞特异性Igf1r纯合敲除小鼠显示正常的胰岛形态及胰岛素含量，但也显示出葡萄糖刺激的胰岛素分泌减弱和失去Igf1介导的胰岛素分泌抑制。将从βIgf1r^-/-和对照小鼠中分离的胰岛培养过夜，然后用葡萄糖刺激。对照胰岛显示出浓度依赖的胰岛素分泌刺激：在11.1mM葡萄糖浓度下胰岛素分泌增加约3倍。在βIgf1r^−/−胰岛中：在5.5mM葡萄糖浓度下没有检测到刺激，在较高的葡萄糖浓度下只有少量的增加。对在100 nM Igf1存在下培养的胰岛进行了类似的实验: 在基础状态（5.5 mM）和没有葡萄糖的情况下，βIgf1r^-/- 胰岛比对照分泌更多的胰岛素，表明 βIgf1r^-/-胰岛中Igf1的正常抑制作用降低。尽管基础分泌较高，但在葡萄糖激发后，βIgf1r^-/-胰岛的胰岛素分泌显着低于对照，表明葡萄糖刺激缺陷类似于体内观察到的缺陷。^[4]

小结

胰岛素样生长因子 1 型受体 （IGF1R） 在癌症的发展和维持中起着关键作用。自从三十多年前发现生长因子受体和癌基因之间的第一个联系以来，靶向 IGF-1R 就引起了人们的极大兴趣。IGFIR 作为一种重要的促癌蛋白的鉴定刺激了许多 IGFIR 靶向药物的开发，包括抗 IGFIR 单克隆抗体和小分子抑制剂。但目前报道均存在一些缺点，包括获得性耐药和毒副作用。对抗 IGFIR 药物的内在或适应性抗性是一个麻烦的障碍，因此需要吸取临床试验的教训，调整策略以针对复杂的 IGF/IGF-IR 信号。^[5]

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参考文献：

(1) Yin M, Guan X, Liao Z, Wei Q. Insulin-like growth factor-1 receptor-targeted therapy for non-small cell lung cancer: a mini review. Am J Transl Res. 2009 Jan 30;1（2）:101-14. PMID: 19956424; PMCID: PMC2776317.

(2) Liu JP, Baker J, Perkins AS, Robertson EJ, Efstratiadis A. Mice carrying null mutations of the genes encoding insulin-like growth factor I （Igf-1） and type 1 IGF receptor （Igf1r）. Cell. 1993 Oct 8;75（1）:59-72. PMID: 8402901.

(3) Holzenberger M, Dupont J, Ducos B, Leneuve P, Géloën A, Even PC, Cervera P, Le Bouc Y. IGF-1 receptor regulates lifespan and resistance to oxidative stress in mice. Nature. 2003 Jan 9;421（6919）:182-7. doi: 10.1038/nature01298. Epub 2002 Dec 4. PMID: 12483226.

(4) Kulkarni RN, Holzenberger M, Shih DQ, Ozcan U, Stoffel M, Magnuson MA, Kahn CR. beta-cell-specific deletion of the Igf1 receptor leads to hyperinsulinemia and glucose intolerance but does not alter beta-cell mass. Nat Genet. 2002 May;31（1）:111-5. doi: 10.1038/ng872. Epub 2002 Apr 1. PMID: 11923875.

(5) Hua H, Kong Q, Yin J, Zhang J, Jiang Y. Insulin-like growth factor receptor signaling in tumorigenesis and drug resistance: a challenge for cancer therapy. J Hematol Oncol. 2020 Jun 3;13（1）:64. doi: 10.1186/s13045-020-00904-3. PMID: 32493414; PMCID: PMC7268628.

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