郭祥玉，殷鵬，鄭英慧，楊偉莉，王國昊，閆森，涂著池，李世華，李曉江,

1.中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所，分子發(fā)育生物學(xué)國家重點實驗室，北京 100101；

2.美國艾默瑞大學(xué)(Emory University)，人類遺傳學(xué)系，亞特蘭大，佐治亞州，30322，美國

神經(jīng)退行性疾病動物模型的建立與分析

郭祥玉1，殷鵬1，鄭英慧1，楊偉莉1，王國昊1，閆森1，涂著池1，李世華2，李曉江1,2

1.中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所，分子發(fā)育生物學(xué)國家重點實驗室，北京 100101；

2.美國艾默瑞大學(xué)(Emory University)，人類遺傳學(xué)系，亞特蘭大，佐治亞州，30322，美國

郭祥玉(博士后)

神經(jīng)退行性疾病是由神經(jīng)元或其髓鞘的喪失所致，隨著年齡老化而惡化，最終導(dǎo)致功能障礙，如肌肉萎縮性側(cè)索硬化癥(ALS)、亨廷頓舞蹈癥(HD)和帕金森氏病(PD)等。目前，這類疾病的致病機理仍不清楚，因此成功建立能夠模擬人類相關(guān)疾病的動物模型將為研究其發(fā)病機制及藥物篩選提供重要基礎(chǔ)平臺。中國科學(xué)院遺傳發(fā)育所分子發(fā)育生物學(xué)國家重點實驗室的李曉江研究組致力于通過建立各種轉(zhuǎn)基因動物模型解析神經(jīng)退行性疾病的發(fā)病機制，探討中樞神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育機理，近期取得了多項突破性進展，連續(xù)在Human Molecular Genetics、Neuron、PLoS Genetics、Journal of Neuroscience等國際權(quán)威期刊發(fā)表多篇學(xué)術(shù)論文。

繼2008年用轉(zhuǎn)基因方法建立了首例HD獼猴模型后，李曉江研究員團隊采用類似的方法,與云南中科靈長類生物醫(yī)學(xué)重點實驗室季維智研究員實驗室合作，通過4年努力獲得了6只攜帶突變a-synuclein (A53T)的轉(zhuǎn)基因PD獼猴。年齡最大的轉(zhuǎn)基因PD猴在2.5歲開始表現(xiàn)出認(rèn)知記憶、精細動作障礙以及焦慮抑郁等類似帕金森病人的早期臨床癥狀。該研究為帕金森病的早期發(fā)病機理研究及早期干預(yù)治療提供了重要動物模型，是國際上首例帕金森病的轉(zhuǎn)基因猴模型。相關(guān)結(jié)果于2014年12月在線發(fā)表在Human Molecular Genetics(DOI:10.1093/hmg/ddu748)。為進一步分析突變a-synuclein蛋白的作用機理，該研究組將表達人a-synuclein(A53T)的病毒載體注射入不同年齡的獼猴腦黑質(zhì)部位，首次證明了老齡化能夠促進突變a-synuclein蛋白在靈長類動物腦組織中的聚集和神經(jīng)毒性作用，也為突變α-synuclein介導(dǎo)的神經(jīng)病變提供一個新的治療靶點。相關(guān)結(jié)果將于2015年5月在線發(fā)表于The Journal of Neuroscience雜志。

亨廷頓舞蹈癥(HD)等一系列神經(jīng)退行病均與衰老有關(guān)并在中晚年發(fā)病。這些疾病均由于變異蛋白在腦組織中的累積而導(dǎo)致,但造成變異蛋白累積的機制目前尚不清楚。由于用短生命周期的小動物模型不能很好地揭示此發(fā)病機制，因此該研究組采用不同年齡的獼猴的腦組織進行研究，發(fā)現(xiàn)衰老可減少泛素-蛋白酶體活性，也能增加突觸體中泛素結(jié)合酶UBE2N(Ubc 13)的水平。該研究表明隨著年齡增加，UBE2N在突變亨廷頓蛋白的突觸體聚集中發(fā)揮關(guān)鍵作用，該結(jié)果為研究與衰老相關(guān)的神經(jīng)退行性疾病的發(fā)病機制和治療提供重要依據(jù)，于2014年10月 在 線 發(fā) 表 在 Human Molecular Genetics DOI:10.1093/hmg/ddu544)。

為闡明HD疾病中變性蛋白積累造成神經(jīng)細胞損傷的機理，李曉江研究組曾在美國Emory大學(xué)建立了在少突膠質(zhì)細胞里能特異性地表達HD變異蛋白的新型轉(zhuǎn)基因小鼠HD模型。進一步研究發(fā)現(xiàn)這些HD變異蛋白只影響成熟分化后的少突膠質(zhì)細胞及髓鞘蛋白的產(chǎn)生，從而導(dǎo)致神經(jīng)軸突變性及小鼠神經(jīng)運動障礙癥狀。此研究提示成年后少突膠質(zhì)細胞的替代與功能修復(fù)可為治療HD疾病提供新型治療途經(jīng)。該結(jié)果于2015年3月發(fā)表在Neuron雜志(DOI:10.1016/j.neuron.2015.02.026)。

為探討細胞內(nèi)轉(zhuǎn)運與早期神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育，該研究組早期曾發(fā)現(xiàn)與亨廷頓蛋白互作的HAP1蛋白，對于出生后發(fā)育非常關(guān)鍵。當(dāng)Hap1結(jié)合蛋白Ahi1的神經(jīng)元缺乏時，可導(dǎo)致成年小鼠的抑郁樣表型。最近的研究進一步發(fā)現(xiàn)在出生后小鼠中選擇性去除Hap1的表達，也會導(dǎo)致成人抑郁樣行為，分析認(rèn)為這與海馬體中的出生后神經(jīng)發(fā)生減少有關(guān)。這項研究首次在遺傳學(xué)上證明，出生后神經(jīng)發(fā)生在成人抑郁癥中起著重要作用，為抑郁癥的預(yù)防和治療提供了可能的新途徑。該結(jié)果于2015年4月在線發(fā)表于PLoS Genetics雜志(DOI:10.1371/journal.pgen.1005175)。

最近李曉江研究組采用CRISPR/Cas9打靶技術(shù)建立了杜氏肌萎縮癥疾病(DMD)獼猴模型。該模型表現(xiàn)出類似于DMD病人早期出現(xiàn)的肌肉細胞退化的病理特征。該研究首次證明CRISPR/Cas9基因打靶技術(shù)可功能性地敲除猴基因，進而模擬病人病理變化。該研究結(jié)果于2015年4月在線發(fā)表于Human Molecular Genetics(DOI:10.1093/hmg/ddv120)。目前李曉江研究組正利用CRISPR/Cas9建立數(shù)種重大疾病的猴模型。

帕金森病猴模型產(chǎn)生認(rèn)知和運動協(xié)調(diào)缺陷的癥狀α-synuclein(A53T)轉(zhuǎn)基因猴及對照動物的行為學(xué)檢測。A,B：A53T轉(zhuǎn)基因猴在做認(rèn)知功能(A)和轉(zhuǎn)盤食物撿取(B)的測試。C,D：定量分析顯示轉(zhuǎn)基因猴比年齡相同的野生型對照猴要花更長時間從5種不同顏色的盒子中找到獎勵性食物或從轉(zhuǎn)盤上撿取食物。此圖引自作者發(fā)表論文(Human Molecular Genetics,2015,24:2308-2317)。