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美鳳力臨床前大動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中心
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玻璃人、月亮寶寶、瓷娃娃、人魚寶寶......這些看似唯美動(dòng)聽的名字實(shí)際代表的卻是一類冰冷的生命殺手——罕見病。FDA的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，全球已知的罕見病約有7000 多種，患者中近50%為兒童，且僅有不到10% 的罕見病有已批準(zhǔn)的治療藥物或方案。不過病雖罕見，但關(guān)愛并未罕至，近年來，我國(guó)出臺(tái)了一系列鼓勵(lì)罕見病藥物開發(fā)的政策，罕見病藥物開發(fā)正當(dāng)時(shí)!
圖片源自國(guó)際罕見病官方網(wǎng)站
罕見病藥物開發(fā)面臨著患者數(shù)量少，研究樣本稀缺，臨床試驗(yàn)難度高的困境，更需要依靠合適的動(dòng)物模型破局。穩(wěn)定可靠的罕見病動(dòng)物模型的建立與供應(yīng)，對(duì)于罕見病的發(fā)病機(jī)制研究、藥物靶點(diǎn)研究以及治療效果評(píng)價(jià)等方面都具有不可估計(jì)的潛力。謹(jǐn)以此文，介紹一些罕見病模型，希望對(duì)大家有所幫助。
01
血友病
在眾多罕見病中，血友病(hemophilia)是知名度最高的之一，一度被稱為“皇室病”，該病曾由英國(guó)維多利亞女王家族通過聯(lián)姻傳播給歐洲多個(gè)皇室，引起多位皇室男性成員因微小的損傷即流血不止，甚至死亡?，F(xiàn)在我們已經(jīng)清楚血友病是一組X染色體連鎖的隱性遺傳性凝血功能障礙的出血性疾病，患者多為男性，女性極其罕見。
血友病是一種單基因遺傳病，可分為血友病A(F8凝血因子功能異常)和血友病B(F9凝血因子異常)兩種，前者占血友病患者的80%~85%，后者B占15%~20%。在小鼠上敲除F8或F9基因，即可構(gòu)建相應(yīng)的血友病動(dòng)物模型，在小鼠上模擬出人血友病的癥狀。南模生物自主構(gòu)建了F8-KO和F9-KO的基因修飾小鼠，可用于血友病發(fā)病機(jī)制、藥物篩選或基因治療評(píng)價(jià)等研究，模型詳細(xì)介紹見往期推文：疾病小鼠模型系列之血友病篇
圖3. 南模F8敲除鼠的F8活性以及APTT(凝血活酶時(shí)間)檢測(cè)
圖4. 南模F9敲除鼠肝組織中F9基因的表達(dá)以及血漿中F9蛋白的濃度檢測(cè)
02
杜興肌營(yíng)養(yǎng)不良癥
杜興肌營(yíng)養(yǎng)不良癥( Duchenne Muscular Dystrophy，DMD)是一種X-連鎖隱性遺傳、致死性肌肉疾病，由位于Xp21的抗肌萎縮蛋白Dystrophin突變引起。我國(guó)每年約有400-500例DMD患兒出生，患者一般3歲左右發(fā)病，出現(xiàn)行動(dòng)困難，走路搖擺等癥狀，隨著病情加重，多數(shù)患者在12歲左右喪失獨(dú)立行走能力;30歲前因呼吸系統(tǒng)并發(fā)癥或心力衰竭而死亡。
杜氏肌營(yíng)養(yǎng)不良發(fā)展進(jìn)程(duchenneandyou.eu)
DMD同樣是一種單基因病，通過基因修飾改造小鼠的Dmd基因，可以在小鼠上模擬人類DMD的癥狀，進(jìn)行基礎(chǔ)研究或基因療法的開發(fā)。南模生物自主構(gòu)建了Dmd基因點(diǎn)突變模型Dmd-Q995X，該小鼠抓力顯著降低，并且骨骼肌肌間隙變寬，肌纖維大小不一，細(xì)胞核聚集，炎性細(xì)胞浸潤(rùn)，表現(xiàn)出了DMD的癥狀。
圖5. 南模Dmd-Q995X小鼠HE染色(A),肢體抓力測(cè)試(B)
03
免疫球蛋白G4相關(guān)疾病
免疫球蛋白G4相關(guān)疾病(immunoglobulin G4-related disease，IgG4-RD)是一種慢性、進(jìn)行性炎癥伴纖維化的疾病，可累及身體幾乎所有器官，根據(jù)累及組織或器官的不同，疾病名稱有所不同，如唾液腺受累的米庫(kù)利茲病，胰腺受累的自身免疫性胰腺炎，膽管受累的硬化性膽管炎，后腹膜受累的腹膜后纖維化等。
圖6. IgG4-RD中T淋巴細(xì)胞和B淋巴細(xì)胞之間的相互作用
IgG4-RD是一種自身免疫性疾病，與T細(xì)胞具有較強(qiáng)相關(guān)性，研究發(fā)現(xiàn)破壞T細(xì)胞活化連接蛋白LAT可以獲得IgG4-RD的疾病模型。南模生物自主構(gòu)建了Lat-Y136F點(diǎn)突變小鼠模型，該模型將小鼠LAT基因第136位的酪氨酸替換為苯丙氨酸，小鼠表現(xiàn)出淋巴細(xì)胞增殖紊亂，多種Th2型細(xì)胞因子的高表達(dá)，B細(xì)胞大量活化，血清IgG1和IgE水平升高等癥狀，這些表型與IgG4-RD的病理學(xué)基礎(chǔ)十分相似[7.8]。IgG4-RD模型詳細(xì)介紹見往期推文：一文讀懂新命名罕見病——IgG4 RD
圖7. Lat-Y136F敲入小鼠胰腺、唾液腺和腎臟的組織病理學(xué)特征[4]
04
常染色體顯性遺傳性低磷佝僂病
常染色體顯性遺傳性低磷佝僂病(ADHR)是由成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子23(FGF23)第176或179位氨基酸的雜合點(diǎn)突變引起的，該突變使得患者體內(nèi)FGF23水平持續(xù)增高，尿磷排泄增加，血磷下降。ADHR的臨床表現(xiàn)為，兒童期發(fā)病者多表現(xiàn)為下肢畸形、身材矮小，成人或青少年期發(fā)病者多表現(xiàn)為骨痛、乏力、骨質(zhì)軟化。
圖8. ADHR原理圖[5]
通過基因修飾的手段，構(gòu)建Fgf23-R176Q點(diǎn)突變小鼠，即可獲得小鼠ADHR模型。研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)gf23-R176Q小鼠同時(shí)給予低鐵飲食，小鼠可以表現(xiàn)出明顯的低磷酸鹽血癥性和骨軟化癥[1]。
圖9. 鐵離子缺失導(dǎo)致Fgf23突變小鼠出現(xiàn)ADHR癥狀[6]
05
糖原累積?、馻型
糖原貯積病( glycogen storage disease，GSD) 是一類因機(jī)體糖原代謝酶缺陷使糖原在組織中分解障礙而沉積過多，或由于糖原合成酶缺陷而致組織中糖原耗竭而引起的代謝性疾病。常累及全身多個(gè)組織、器官，以肝臟、腎臟、心臟和肌肉受累為主，大多數(shù)患者表現(xiàn)為肝大、低血糖、貧血及生長(zhǎng)發(fā)育滯后?；疾÷适敲?0000~25000活產(chǎn)胎兒中約有1例。根據(jù)突變基因的不同，糖原貯積病可分為多個(gè)亞型，其中由葡萄糖6磷酸酶催化亞基基因(G6PC)功能缺失突變引起的的為I a型(GSD-Ia)。
圖10. Consequences of defective G6Pase[7]
早在1996年，科學(xué)家就構(gòu)建了G6pc敲除小鼠來模擬人類GSD-Ia癥狀。但這些小鼠表現(xiàn)出非常嚴(yán)重的葡萄糖穩(wěn)態(tài)平衡表型，斷奶后難以存活[8]。因此，構(gòu)建肝臟特異性G6pc敲除小鼠模型(G6pc-flox與Alb-Cre交配)成為一種更好的選擇，這種小鼠可作為研究GSD-Ia長(zhǎng)期病理生理學(xué)和潛在治療策略(例如細(xì)胞療法)的替代動(dòng)物模型[9]。
圖11. 肝特異性G6pc缺陷小鼠發(fā)生肝細(xì)胞腺瘤和癌[9]
南模生物罕見病小鼠模型
2018年5月，國(guó)家五部委聯(lián)合發(fā)布了《第一批罕見病目錄》，同年10月，中國(guó)罕見病聯(lián)盟成立，這是中國(guó)罕見病事業(yè)發(fā)展史上的里程碑事件，標(biāo)志著國(guó)家解決罕見病問題的決心。南模生物同樣是“健康中國(guó)一個(gè)都不能少”這一目標(biāo)的踐行者，目前已經(jīng)開發(fā)了數(shù)十種罕見病模型，助力罕見病的基礎(chǔ)研究及藥物開發(fā)，模型列表如下：
每一位罕見病患者的生命，都有不一樣的色彩，都可能綻放出絢爛的光亮。讓我們攜起手來，守護(hù)好罕見病患者，共同創(chuàng)造一個(gè)更加繽紛美麗的世界!
References
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2. Xiao X, Lian M, Zhang W, Eric Gershwin M, Ma X. The Immunologic Paradoxes of IgG4-Related Disease. Clin Rev Allergy Immunol. 2018 Apr;54(2):344-351. doi: 10.1007/s12016-018-8679-y. PMID: 29460058.
3. Boomershine CS, Chamberlain A, Kendall P, Afshar-Sharif AR, Huang H, Washington MK, et al. Autoimmune pancreatitis results from loss of TGFbeta signalling in S100A4-positive dendritic cells. Gut.2009; 58(9):1267–74. https://doi.org/10.1136/gut.2008.170779 PMID: 19625278; PubMed Central PMCID: PMCPMC2719085.
4. Boomershine CS, Chamberlain A, Kendall P, Afshar-Sharif AR, Huang H, Washington MK, et al. Autoimmune pancreatitis results from loss of TGFbeta signalling in S100A4-positive dendritic cells. Gut.2009; 58(9):1267–74. https://doi.org/10.1136/gut.2008.170779 PMID: 19625278; PubMed Central PMCID: PMCPMC2719085.
5.Curr Opin Nephrol Hypertens. Author manuscript; available in PMC 2015 July 01
6.Farrow EG, Yu X, Summers LJ. et al. Iron deficiency drives an autosomal dominant hypophosphatemic rickets (ADHR) phenotype in fibroblast growth factor-23 (Fgf23) knock-in mice. Proc Natl Acad Sci U S A. 2011 Nov15;108(46):E1146-55.
7.Nutrients 2021. 13. 3828. https://doi.org/10.3390/nu13113828
8. Imel EA, Liu Z, Coffman M. et al. Oral Iron Replacement Normalizes Fibroblast Growth Factor 23 in Iron-Deficient Patients With Autosomal Dominant Hypophosphatemic Rickets. J Bone Miner Res. 2020 Feb;35(2):231-238.
9. Lei KJ, Chen H, Pan CJ, etal. Glucose-6-phosphatase dependent substrate transport in the glycogen storage disease type-1a mouse. Nat Genet. 1996 Jun;13(2):203-9.
10.中國(guó)罕見病藥物可及性報(bào)告(2019)
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