代谢性疾病的经典模型—Acaca基因敲除小鼠【每周一鼠】

该基因编码的编码乙酰辅酶A羧化酶（ACC），该酶是一种复杂的多功能酶系统，可催化乙酰辅酶A羧化为丙二酰辅酶A，为脂肪酸合成的限速步骤。该基因的突变与代谢性疾病相关，如乙酰辅酶A羧化酶缺乏症和多羧基化酶缺乏症。其相关途径包括水溶性维生素和辅因子的代谢以及AMP活化蛋白激酶(AMPK)信号传导。

图1  Acaca基因相关信息

Acaca基因催化乙酰辅酶A羧化为丙二酰辅酶A的胞质酶，这是脂肪酸从头生物合成的第一步和限速步骤。该基因的突变与代谢性疾病相关，如乙酰辅酶A羧化酶缺乏症和多羧基化酶缺乏症。研究表明，乙酰辅酶A羧化酶（ACC）通过合成代谢和分解代谢途径耦合葡萄糖和脂质的通量，ACC酶被胞质柠檬酸盐变构激活，催化乙酰辅酶A转化为丙二酰辅酶A。丙二酰辅酶A为脂肪酸合酶（FAS）的底物和肉碱—棕榈酰转移酶1的抑制剂，可调节长链脂肪酸的生物合成和分解^[1~2]。ACC的缺乏会导致糖代谢和脂代谢的紊乱，影响机体健康。

Kim[3]等人采用ES方法条件性敲除Acaca基因22~26号外显子以产生Acaca^flox/flox小鼠。

Veprik^[4]等研究人员将Acaca^flox/flox小鼠与Gcg^{tm1.1(icre)Gkg}杂交，产生前胰岛血糖素表达细胞特异性Acaca敲除小鼠（gluACC1KO）。研究表明，gluACC1KO小鼠的进食和空腹血糖浓度及体重与对照小鼠无差异，gluACC1KO雌雄小鼠在腹腔内葡萄糖耐量试验（IPGTT）期间均表现出葡萄糖耐量受损；对照小鼠的循环高血糖素水平在禁食状态下升高，葡萄糖刺激后降低约50%，而gluACC1KO小鼠的空腹高血糖素水平显著低于对照组，且在注射葡萄糖后无显著变化，表明Acaca缺失导致α细胞对血糖浓度敏感度降低。胰岛素耐量试验结果表明gluACC1KO小鼠的胰岛素作用正常。与非胰岛素治疗的小鼠相比，胰岛素诱导的低血糖血清胰高血糖素浓度显著增加（图2）。综上可知，Acaca缺失导致机体对葡萄糖敏感的降低以及胰高血糖素分泌受损。

图2 gluACC1KO糖代谢异常表型^[4]

图注：a,b:20~22周龄对照（黑色圆圈）和gluACC1KO（白色圆圈）小鼠喂食后血糖和禁食16h后血糖浓度；c:20~22周龄对照（黑色圆圈）和gluACC1KO（白色圆圈）小鼠体重；d,e:12~14周龄雌性、雄性小鼠进行IPGTT血糖浓度和AUC；f:IPGTT期间在0min（白条）和葡萄糖注射后30min时的血清胰高血糖素水平（灰色条）;g:雌性小鼠腹腔内注射0.5U/kg胰岛素后血糖浓度；h:雄性小鼠腹腔注射0.75U/kg胰岛素后血糖浓度;i,j:雌性小鼠胰岛素注射后60分钟后血清胰高血糖素(i)和血糖(j)浓度。

Cantley^[5]等人将Acaca^flox/flox小鼠与Ins2cre小鼠杂交，产生β细胞特异性Acaca敲除小鼠（βACC1KO）。研究发现，腹腔葡萄糖耐量试验（IPGTTs）结果显示βACC1KO小鼠的血糖水平显著升高，在进食和禁食16h，βACC1KO小鼠血糖升高和循环胰岛素的相应降低（图3）。以上结果表明，Acaca控制体内胰岛素的分泌。

图3 βACC1KO小鼠糖代谢异常表型^[5]

图注：a:12周龄雄性βACC1KO小鼠、INS2cre 小鼠IPGTT期间血糖水平与AUC；b~e:12周龄小鼠进食状态血糖（b)与循环胰岛素（c）水平，禁食16h后血糖（d)与循环胰岛素（e）水平;f:12周龄雄性βACC1KO小鼠、INS2cre小鼠IVGTT（禁食16小时；1g/kg葡萄糖剂量）期间的血糖水平和AUC；g:在IVGTT期间评估了胰岛素分泌（GSIS）。

小鼠Acaca功能的丧失所致的代谢性疾病具有潜在临床价值，对该基因的深入研究有助于探讨代谢性疾病的发病机制，同时亦有助于此类疾病治疗新方法的研究。

以上文章通过ES打靶等技术敲除Acaca基因，通过与WT比较有症状，能作为Acaca研究的疾病模型。赛业生物『红鼠资源库』可提供同类型C57BL/6J-Acaca^em1Cya基因敲除活体小鼠，快至两周发货。