【每周一鼠】Omentin-1基因敲除小鼠与慢性炎症性疾病

Omentin-1基因

Omentin-1是一种由内脏脂肪组织分泌的脂肪因子，在人内脏脂肪组织和小鼠小肠中高度表达。这种蛋白质在血浆中也非常丰富，并且已发现循环中的omentin-1浓度与促炎因子的水平呈负相关，例如血糖调节受损和慢性动脉疾病的个体中的白细胞介素 （IL）-6和肿瘤坏死因子-α（TNF-α）。

近年来的研究表明，Omentin-1通过AMP活化蛋白激酶/Akt/核因子-κB/丝裂原活化蛋白激酶（ERK、JNK 和 p38）信号传导具有抗炎、抗动脉粥样硬化和心血管保护作用。临床研究表明，omentin-1可作为肥胖、代谢紊乱（包括胰岛素抵抗、糖尿病和代谢综合征）、骨代谢、炎症性疾病、癌症、睡眠呼吸暂停综合征、先兆子痫和多囊卵巢综合征以及动脉粥样硬化心血管疾病的生物标志。因此，研究Omentin-1信号通路显得尤为重要。

图1. Omentin-1是连接器官与脂肪组织的重要成分，在生理和病理过程中通过各种细胞信号通路发挥广泛的保护作用 ^[1]。

Omentin-1基因敲除小鼠

Rao SS, Hu Y, Xie PL等人通过在小鼠omentin-1基因的外显子4中插入一个碱基（A），导致移码突变，从而获得全身性Omentin-1基因敲除小鼠（赛业生物构建）。基因测序分析和Western Blot实验表明，一个碱基（A）成功插入到Omentin-1基因的序列中，导致小肠（小鼠中Omentin-1表达最高的器官）中Omentin-1蛋白的缺失。

图2. Omentin-1基因敲除小鼠的鉴定。a. 来自Omentin-1敲除小鼠及其野生型同窝小鼠鼠尾的基因组DNA通过DNA测序进行基因分型。b. Omentin-1敲除小鼠中Omentin-1的缺失通过对Omentin-1敲除小鼠及其野生型同窝仔鼠小肠中Omentin-1蛋白的Western Blot实验得到证实^[2]。

免疫染色显示，与野生型小鼠相比，Omentin-1敲除小鼠骨组织中促炎介质（包括 IL-1β、IL-6 和 TNF-α）的阳性染色区域急剧增加（图3c-h）。与此一致的是，酶联免疫吸附测定 （ELISA） 所确定的，Omentin-1缺失也导致IL-1α、IL-6和TNF-α的血清浓度显著增加（图3i-k）。矛盾的是，与对照小鼠相比，Omentin-1敲除小鼠的IL-10（一种可以抑制破骨细胞生成和骨吸收的抗炎细胞因子）的水平也显著升高（图3l），表明Omentin-1缺失导致小鼠炎症反应失调。

图3. Omentin-1缺失诱导小鼠炎症反应。c-h. Omentin-1敲除和野生型小鼠股骨中IL-1β、IL-6 和TNF-α的免疫组织化学染色的代表性图像。该图显示了阳性染色区域的平均强度。i-l. ELISA测定Omentin-1敲除小鼠和野生小鼠中促炎细胞因子IL-1α、IL-6 和TNF-α（i-k）和抗炎因子 IL-10 （l） 的血清浓度^[2]。

显微计算机断层扫描 （μCT）结果显示，与野生型小鼠相比，omentin-1缺失导致明显的骨小梁丢失（图4a）。进一步的定量分析确定，与野生型小鼠相比，Omentin-1敲除小鼠的骨小梁体积分数、厚度和数量显著减少，骨小梁间距增加（图4b-e）。Omentin-1敲除小鼠股骨骨干的骨膜周长也远低于野生型小鼠（图4a,f）。与野生型小鼠相比，Omentin-1敲除小鼠的皮质骨厚度也降低，但差异无统计学意义（图4a,g）。骨钙素（OCN）（一种在成骨分化和矿化过程中表达的标志物）的免疫组织化学染色和ELISA测定表明，与野生型小鼠相比，Omentin-1敲除小鼠的成骨反应显着降低（图4h-j）。然而，破骨细胞活性在Omentin-1 耗竭后显着增强，骨组织切片上的抗酒石酸酸性磷酸酶 （TRAP） 染色和血清中I型胶原 （CTX-I） 的骨吸收标志物C端端肽的ELISA测试证明了这一点（图4k-m）。

通过检测成纤维细胞克隆形成单位（CFU-F）和集落形成单位粒细胞-巨噬细胞集落形成单位（CFU-GM）发现，与野生型小鼠相比，Omentin-1敲除小鼠骨髓细胞形成的CFU-Fs数量少得多，而CFU GMs数量多得多，表明Omentin-1的缺失会损害成骨细胞前体的增殖并增强破骨细胞祖细胞的扩增。

图4. Omentin-1缺失导致小鼠异常骨质流失^[2]。

此外，研究人员还测定了Omentin-1敲除小鼠及其野生型同窝小鼠的体重、每日食物和水的消耗量、肝脏（ALT和AST）和肾脏（肌酐和血尿素氮）功能指标的血清水平、血糖水平以及血清胰岛素和铁的水平。结果表明，与野生型小鼠相比，Omentin-1敲除小鼠的ALT和AST增加，但仅是趋势性的。Omentin-1敲除和野生型小鼠之间的其他参数也没有显著差异，表明相应的功能可能不受Omentin-1缺失的影响。

接下来研究人员通过构建TNF-α诱导的炎症细胞模型，确定重组Omentin-1减少了TNF-α激活的巨噬细胞中促炎因子的产生，并抑制了它们的抗成骨细胞和促破骨能力。最后，他们用硅酸镁诱导构建炎症性骨质疏松小鼠模型，利用腺病毒递送Omentin-1进行全身给药，进一步证实Omentin-1可显著防止骨质疏松性骨质流失和炎症。

小结

Omentin-1水平的波动与多种疾病密切相关，可以通过各种分子机制调节炎症状态、血管舒缩和内皮功能、增殖、凋亡和细胞分化。恢复Omentin-1水平的治疗策略可能对预防或治疗这些疾病很有价值。然而，Omentin-1调节各种生理和病理功能的机制尚未完全阐明，需要进行更全面的研究。

参考文献：

1. Yamawaki, H.; Kuramoto, J.; Kameshima, S.; Usui, T.; Okada, M.; Hara, Y. Omentin, a novel adipocytokine inhibits TNF-induced vascular inflammation in human endothelial cells. Biochem. Biophys. Res. Commun. 2011, 408, 339–343.

2. Rao SS, Hu Y, Xie PL, et al. Omentin-1 prevents inflammation-induced osteoporosis by downregulating the pro-inflammatory cytokines. Bone Res. 2018;6:9. Published 2018 Mar 30. doi:10.1038/s41413-018-0012-0.

3. Watanabe T, Watanabe-Kominato K, Takahashi Y, Kojima M, Watanabe R. Adipose Tissue-Derived Omentin-1 Function and Regulation. Compr Physiol. 2017 Jun 18;7（3）:765-781. doi: 10.1002/cphy.c160043. PMID: 28640441.A