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代谢罕见病有哪些?代谢罕见病小鼠模型有哪些?

代谢罕见病

 

上周,我们为大家介绍了罕见病的基本知识,本期,我们将聚焦代谢罕见病,代谢罕见病是指由于代谢过程中的某些缺陷或异常导致的疾病。这些疾病通常是由遗传因素导致的,并且影响了身体的代谢过程,如蛋白质、碳水化合物和脂质的代谢。代谢罕见病可导致严重的健康问题,包括肌肉萎缩、肝脏疾病、神经系统损伤等。

 

接下来我们将为大家介绍几种代谢罕见病的相关病因、症状以及小鼠模型。

 

X连锁肾上腺脑白质 营养不良(X-ALD)

X连锁肾上腺脑白质营养不良(X-ALD)是一种严重的神经代谢罕见病,由ABCD1过氧化物酶体转运体功能丧失导致,特征为进行性中枢性脱髓鞘、肾上腺功能不全和饱和超长链脂肪酸积累。X-ALD患者会出现学习障碍、视力下降、听力下降等症状,迄今尚无有效的药物疗法,治疗仅限于骨髓移植和造血干细胞基因治疗,但治疗效果不稳定。Pujol等人通过敲除Abcd1基因构建了ALD模型,该类小鼠表现出脊髓皮质脊髓束的迟发性轴突变性和小胶质细胞与星形胶质细胞激活,与人类ALD相似[6]Abcd2基因的产物与ABCD1具有相似的生理功能,携带Abcd1和Abcd2双重缺失的突变体具有更早、更严重的轴突退行性表型,是极具运用前景的临床前模型[7]在Abcd1-/-、Abcd2-/-和Abcd1-/-、Abcd2-/-小鼠模型上开展研究的多款ALD药物,均进入了II/III期临床试验,并已有两款药物成功获FDA批准[7-9]

 

代谢罕见病

图1 Abcd1-/-小鼠用于ALD药物临床前研究[7]

 

02 原发性高草酸尿症(PH)

原发性高草酸尿症(PH)是遗传性乙醛酸代谢障碍性疾病的统称,由AGXT基因突变引起的PH1是最常见和最严重的一种,PH2和PH3则分别由GRHPR和HOGA1基因突变引起。PH患者表现为多器官草酸沉积、反复肾结石发作和慢性肾功能衰竭,最终导致终末期肾病。肝肾联合移植是目前唯一的治愈方法,但存在显著病死率以及供体器官短缺和终生免疫抑制治疗等问题。基于Agxt/Grhpr/Hoga1基因敲除的小鼠模型在PH研究中起着重要的作用,通过敲除Agxt构建的小鼠模型可重现PH1的主要临床特征,在Agxt-/-小鼠模型上进行测试的多项基于腺相关病毒载体(AAV)、小干扰RNA(siRNA)和CRISPR-Cas的基因疗法已获批或正在进行临床试验[10-12]同时,通过敲除Grhpr构建的PH2小鼠模型也被用于检验siRNA抑制肝乳酸脱氢酶治疗PH的潜力,并已进入临床试验阶段[13]。此外,由国际基因敲除小鼠联盟构建的Hoga1缺失PH3小鼠模型也被用于研究小鼠和人类乙醛酸酯代谢的差异[14]

 

代谢罕见病

图2 利用Agxt敲除小鼠开展的siRNA疗法研究

 

03 氨基酸尿症(Aminoaciduria)

氨基酸尿症是以尿中排出过多氨基酸为特征的代谢疾病,其主要由酶缺陷使氨基酸分解代谢阻滞,或氨基酸吸收转运系统缺陷导致。负责膜上氨基酸吸收和运输的溶质载体(SLC)缺陷是罕见氨基酸尿症的致病因素之一。溶尿蛋白不耐受(LPI)是罕见氨基酸尿症的一种,由编码y+LAT1转运蛋白的SLC7A7突变引起的阳离子氨基酸(CAA)转运缺陷导致。Bodoy等人构建的Slc7a7条件性敲除小鼠(Slc7a7-/-)表现出类似于人类LPI的表型,包括CAA的吸收不良、低精氨酸血症和高氨血症[15]此外,携带Slc7a7和Slc3a2双重功能缺失突变的小鼠同样呈现阳离子氨基酸尿表型[16]

 

代谢罕见病

图3 Slc7a7条件性敲除LPI模型的建模与表型

 

SLC16A10编码的TAT1转运蛋白和亚单位由SLC7A8编码的LAT2/CD98hc转运蛋白在体内功能上紧密互作;Slc16a10-/-小鼠在高蛋白饮食下出现芳香族氨基酸尿症[17]Slc7a8-/-小鼠表现为轻度的氨基酸尿症[18],而Slc16a10-/-、Slc7a8-/-双突小鼠在中性氨基酸的肾小管重吸收出现缺陷,其氨基酸尿症表型进一步加剧[16]

 

代谢罕见病

图4 高蛋白饮食引起Slc16a10−/−(tat1−/−)小鼠的氨基酸尿症

 

SLC3A1编码的转运相关蛋白rBAT和SLC7A9蛋白通过二硫桥连接形成胱氨酸转运体来参与胱氨酸的转运,SLC3A1突变会导致A型胱氨酸尿症,而SLC7A9突变导致B型胱氨酸尿症。Slc3a1基因敲除小鼠表型与胱氨酸尿症相似[19]同时Slc7a9缺失的小鼠模型也显示出经典B型胱氨酸尿中的结石表型,并出现胱氨酸结晶尿症[20]

 

代谢罕见病

图5 Slc7a9缺失小鼠模型显示出经典B型胱氨酸尿症表型

 

赛业小鼠助力代谢罕见病治疗

 

小鼠基因编辑模型在罕见病机制研究和药物研发评价中起着重要作用,赛业生物拥有数千种自主研发的基因编辑小鼠品系,可提供包括Abcd1、Abcd2和Agxt等在内的多种基因敲除或条件性敲除罕见病研究小鼠模型。

 

神经疾病

疾病名称

基因名称

类型

先天性纯红细胞再生障碍性贫血

Flvcr1

KO/cKO

噬血细胞综合征

Rab27a

KO/cKO

Gata2缺乏综合征

gata2

KO/cKO

 

心血管疾病

疾病名称

基因名称

类型

布鲁格达氏综合征

Scn5a

KO/cKO

Laron综合征

Ghr

KO/cKO

Fabry病

Gla

KO/cKO

左心室心肌

Mybpc3

KO

致密化不全

Myh7

KO/cKO

 

代谢疾病

疾病名称

基因名称

类型

酪氨酸血症Ⅰ型

Fah

KO/cKO

戈谢病

Gba

KO/cKO

遗传性果糖不耐受症

Aldob

KO/cKO

高精氨酸血症

Arg1

KO/cKO

 

血液疾病
疾病名称 基因名称 类型
先天性纯红细胞再生障碍性贫血 Flvcr1 KO/cKO
范可尼贫血 Usp1 KO/cKO
噬血细胞综合征 Rab27a KO/cKO
Gata2缺乏综合征 gata2 KO/cKO

 

参考文献:

[1] Sardana D, Zhu C, Zhang M, et al. Drug repositioning for orphan diseases[J]. Briefings in bioinformatics, 2011, 12(4): 346-356.

[2] Ferlini A, Scotton C, Novelli G. Biomarkers in rare diseases[J]. Public health genomics, 2013, 16(6): 313-321.

[3] LI T T. Comparative Analysis on the Research Progress of Rare Diseases in Domestic and Abroad[J]. Chinese Pharmaceutical Journal, 2017: 506-512.

[4] Lv Y B, Huang C Z, Zhang B Y, et al. Status and suggestions for rare diseases in China[J]. Zhongguo Yao Wu Jing Ji Xue, 2021, 16(2): 9-13.

[5] Roessler H I, Knoers N V A M, van Haelst M M, et al. Drug repurposing for rare diseases[J]. Trends in Pharmacological Sciences, 2021, 42(4): 255-267.

[6] Ruiz M, Jové M, Schlüter A, et al. Altered glycolipid and glycerophospholipid signaling drive inflammatory cascades in adrenomyeloneuropathy[J]. Human molecular genetics, 2015, 24(24): 6861-6876.

[7] Pujol A, Ferrer I, Camps C, et al. Functional overlap between ABCD1 (ALD) and ABCD2 (ALDR) transporters: a therapeutic target for X-adrenoleukodystrophy[J]. Human molecular genetics, 2004, 13(23): 2997-3006.

[8] Casasnovas C, Ruiz M, Schlüter A, et al. Biomarker identification, safety, and efficacy of high-dose antioxidants for adrenomyeloneuropathy: a phase II pilot study[J]. Neurotherapeutics, 2019, 16(4): 1167-1182.

[9] López‐Erauskin J, Fourcade S, Galino J, et al. Antioxidants halt axonal degeneration in a mouse model of X‐adrenoleukodystrophy[J]. Annals of neurology, 2011, 70(1): 84-92.

[10] Salido E, Rodriguez-Pena M, Santana A, et al. Phenotypic correction of a mouse model for primary hyperoxaluria with adeno-associated virus gene transfer[J]. Molecular Therapy, 2011, 19(5): 870-875.

[11] Martin-Higueras C, Luis-Lima S, Salido E. Glycolate oxidase is a safe and efficient target for substrate reduction therapy in a mouse model of primary hyperoxaluria type I[J]. Molecular Therapy, 2016, 24(4): 719-725. 

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