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最广泛应用的HD哺乳动物模型——HTT基因编辑小鼠【每周一鼠】
五月，对很多人来说只是一个再平常不过的月份，但对于某些人来说却是意义非凡的——因为五月是亨廷顿病人关爱月。
亨廷顿病（Huntington disease, HD）是一种常染色体显性遗传性神经退行性进行性疾病，由HTT基因突变导致。患者最主要的临床症状为舞蹈症，此外还会有运动、认知、精神障碍。它也是一种罕见病，在国内约有3-4万的患病群体。
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HTT基因编辑小鼠。
HTT基因简介
HTT基因与亨廷顿病直接相关。人类HTT蛋白位于4号染色体的短臂上，长达170bp，并具有多达67个外显子。该基因上的突变则多为haplotype A1、A2和A3三种类型。较大的转录本约为13.7 kb，主要在成人和胎儿脑中表达；而较小的转录本约为10.3 kb，表达更广泛。
来源：RDDC罕见病数据中心
HTT蛋白的重要结构域包括N端的多聚谷氨酰胺结构域和聚脯氨酸结构域；含有氨基酸最多的三个HEAT结构域。HTT上有蛋白酶体、Caspase和Calpain的识别位点，正常情况下，HTT能被Caspase水解成两段，而且两段可以自行结合行使功能；而在HD病理情况下，HTT的表达不但增加了，而且其游离的N端产物更易聚集，同时C端也会产生一定的毒性。
HTT基因致病区域在其1号外显子上。在正常人中，HTT基因的1号外显子数量只有不超过35个连续的CAG重复，编码一段Huntingtin蛋白上的多聚谷氨酸。当这种CAG重复超过35个时，HD发病概率随着重复的增加而上升。
正常的HTT能促进BDNF的转录并促进皮层-纹状体轴突中的BDNF进行转运。当BDNF释放进入皮层-纹状体之间的突触时，就会激活纹状体上的TrkB受体，造成TrkB的内吞，内吞的TrkB与Dynein、Dynactin以及Kinesin-1共同构成复合体激活Erk1/2，促进神经元的存活。
图2 HTT蛋白预测信息
来源：AlphaFold蛋白质数据库
HTT相关疾病介绍
HTT基因突变会导致亨廷顿病的发生。在疾病的早期阶段，患者会出现非自主的舞蹈样运动，后期阶段则表现出自主运动受损，肌张力障碍，行动迟缓，肌肉僵硬等。HD多发生于中年人，平均发病年龄40~50岁,但也偶见于儿童和青少年，称为青少年亨廷顿病。世界范围内的HD发病率约为万分之一，属于罕见病范畴。男女及各人种均可患病，主要引起纹状体神经元退行萎缩，疾病症状缓慢进行性加重，通常在发病10-20年后死亡。目前尚缺乏确切的治疗药物或方法，人们主要通过对患者的症状进行多学科评估和综合管理，以最大限度地提高患者生存质量。
HTT基因编辑小鼠
HD小鼠模型是目前应用最广泛的HD哺乳动物模型，包括HD转基因小鼠模型、基因敲入（knock in, KI）小鼠模型，以及条件性表达N-端突变HTT的HD小鼠模型。
HD转基因小鼠通过转基因过表达mHTT的N-端片段，包括表达变异HTT exon1对应蛋白片段的R6/2及R6/1模型以及表达更长片段的N171-82Q模型等。这些N-端片段均包含mHTT中的polyQ序列，而亨廷顿蛋白片段化在疾病的发生过程中具有重要作用，其产生的N-端片段具有高毒性，并且易聚集。然而，此类模型由于只具有变异HTT基因的5′端序列，且往往有多个拷贝，在遗传学方面与HD病人不一致。此外，此类模型的表型往往出现早（小鼠出生后几周至十几周），这与大多数HD病人也不一致。而基因敲入可以精确地将突变基因插入到基因组中相同的位置，建立更接近于人类HD的动物模型。
近期，由中美两国研究人员联合发布了一篇关于HTT小鼠模型研究，提出了一种表型更为准确的HD小鼠模型——BAC226Q转基因小鼠。在内源性HTT启动子和调节元件的控制下，转基因BAC226Q小鼠体内表达了含有226个CAG-CAA重复序列的全长人HTT。为了确定全长人HTT序列在转基因FVB小鼠基因组中的拷贝数和插入位点，研究采用了全基因组测序，结果显示在FVB小鼠基因组的8号染色体Chr8:46084002处插入了两个人类HTT拷贝。与11月龄的另一种亨廷顿模型BACHD小鼠及野生型小鼠进行比较，实验结果显示BAC226Q小鼠中226Q突变亨廷顿蛋白条带的分子量高于BACHD小鼠中97Q突变亨廷顿蛋白条带的分子量。而在蛋白质印记实验结果显示，2个月或11个月的BAC226Q小鼠中未检测到Htt蛋白片段。
图3 BAC226Q转基因小鼠的产生[9]
（A）将全长人类突变HTT插入小鼠基因组的示意图。
（B）通过Western blot分析了 BAC226Q、非转基因同窝小鼠和 BACHD(97Q)小鼠中Htt蛋白的表达水平。
（C）在4个月的非转基因对照组BAC226Q和BACHD(97Q)小鼠中，通过Western blot再次确认mHtt的表达量。
总结
HD转基因小鼠对于HD研究具有重要临床意义。虽然与大多数神经变性疾病一样，亨廷顿病目前缺乏特异性的治疗方法，但随着对HTT基因和蛋白功能基础研究的不断深入，将会有更安全、更有效的治疗药物在临床试验中取得成功。
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