世界首例人類(lèi)永久性新生兒糖尿病犬模型問(wèn)世
科技日?qǐng)?bào)廣州11月2日電 (記者葉青 通訊員黃博純)2日,記者從中國(guó)科學(xué)院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院(以下簡(jiǎn)稱(chēng)廣州生物院)獲悉,該院與北京希諾谷生物科技有限公司合作,利用單堿基編輯器對(duì)葡萄糖激酶進(jìn)行點(diǎn)突變,成功培育出世界首例人類(lèi)永久性新生兒糖尿病犬模型。相關(guān)研究近日在線(xiàn)發(fā)表于《細(xì)胞發(fā)現(xiàn)》。廣州生物院研究員賴(lài)良學(xué)與北京希諾谷生物有限公司董事長(zhǎng)米繼為該論文共同通訊作者,王曉民、梁艷慧和趙建平為共同第一作者。
糖尿病是繼心血管疾病及腫瘤后的第三大疾病。目前,全世界糖尿病患者超過(guò)4億,中國(guó)糖尿病患者已超過(guò)1億。其中,部分病例發(fā)生于新生兒時(shí)期,是由與分泌胰島素的β細(xì)胞功能相關(guān)的基因突變導(dǎo)致的遺傳性糖尿病。
“葡萄糖激酶(GCK)是葡萄糖代謝過(guò)程中的第一個(gè)限速酶,也是葡萄糖濃度感受器,在調(diào)節(jié)血液葡萄糖濃度中起著關(guān)鍵作用?!毕嚓P(guān)研究人員表示,GCK基因突變?cè)谇嗌倌晏悄虿≈兴急壤^大,且大多數(shù)為單核苷酸突變,純合或復(fù)合型的雜合突變會(huì)導(dǎo)致GCK蛋白完全失活,患者表現(xiàn)出永久性新生兒糖尿病,臨床癥狀包括出生第一天開(kāi)始高血糖、伴隨有生長(zhǎng)緩慢、患者終身需要注射外源胰島素才能夠存活。
研究人員首次嘗試?yán)脝螇A基編輯器對(duì)犬GCK基因進(jìn)行點(diǎn)突變,使GCK基因上的CAG密碼子完成C到T的轉(zhuǎn)變,從而引入終止密碼子,提前終止GCK的翻譯,使GCK蛋白完全失去活性。其過(guò)程是首先從供體犬獲取受精卵,借助顯微操作系統(tǒng)將體外轉(zhuǎn)錄的堿基編輯器mRNA和sgRNA注射到受精卵中,然后將完成注射的受精卵移植入代孕犬的輸卵管內(nèi),使其在體內(nèi)繼續(xù)發(fā)育成熟并分娩。
本實(shí)驗(yàn)總共移植56枚受精卵,產(chǎn)下17只幼犬,共獲得4只GCK基因編輯犬,其中3只為純合突變,1只為嵌合體。GCK基因點(diǎn)突變小狗剛出生就表現(xiàn)出高血糖癥狀,且生長(zhǎng)緩慢,如果不注射外源胰島素,新生犬將在兩周內(nèi)死亡,如果出生后第一天就開(kāi)始注射胰島素,新生犬的血糖濃度趨于正常水平,可以長(zhǎng)期存活,同時(shí)體重與沒(méi)有治療的幼犬相比也得到很大程度的恢復(fù)。
研究人員對(duì)RNA測(cè)序結(jié)果進(jìn)行GO富集分析發(fā)現(xiàn),注射外源胰島素的永久性新生兒糖尿病模型犬能促進(jìn)脂類(lèi)和脂肪酸等代謝,使犬的生理指標(biāo)維持在一個(gè)相對(duì)正常的水平,從而能使其存活時(shí)間延長(zhǎng),這些特征都與人類(lèi)永久性新生兒糖尿病癥狀一致。
“獲取能夠準(zhǔn)確模擬人類(lèi)該疾病的動(dòng)物模型對(duì)疾病的發(fā)生機(jī)制研究和開(kāi)發(fā)新的治療手段具有重大意義。犬是一種雜食性動(dòng)物,在代謝、生理、生活習(xí)性和解剖特征等方面與人類(lèi)非常接近,因此是研究人類(lèi)糖尿病的理想動(dòng)物模型?!辟?lài)良學(xué)說(shuō)。據(jù)悉,該單堿基基因編輯犬將為研究人類(lèi)新生兒糖尿病的發(fā)生機(jī)制和開(kāi)發(fā)新的治療方法,如藥物治療、干細(xì)胞治療和基因治療等提供理想的動(dòng)物模型。
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