廣州健康院等培育世界首例人類永久性新生兒糖尿病犬模型
近日，中國科學(xué)院廣州生物醫(yī)藥與健康研究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葡萄糖激酶進(jìn)行點(diǎn)突變，成功培育出世界首例人類永久性新生兒糖尿病犬模型，相關(guān)論文“Generation of permanent neonatal diabetes mellitus dogs with glucokinase point mutations through base editing”在線發(fā)表于Cell Discovery雜志。
糖尿病是繼心血管疾病及腫瘤后的第三大疾病。目前，全世界糖尿病患者已超過4億，中國糖尿病患者已超過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。GCK基因突變在青少年糖尿病中所占比例較大，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始高血糖、伴隨有生長緩慢、患者終身需要注射外源胰島素才能夠存活。
獲取能夠準(zhǔn)確模擬人類該疾病的動物模型對疾病的發(fā)生機(jī)制研究和開發(fā)新的治療手段具有重大意義。犬是一種雜食性動物，在代謝、生理、生活習(xí)性和解剖特征等方面與人類非常接近，因此是研究人類糖尿病的理想動物模型。
該研究首次嘗試?yán)脝螇A基編輯器對犬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始注射胰島素，新生犬的血糖濃度趨于正常水平，可以長期存活，同時(shí)體重與沒有治療的幼犬相比也得到很大程度的恢復(fù)。對RNA測序結(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)脂類和脂肪酸等代謝，使犬的生理指標(biāo)維持在一個(gè)相對正常的水平，從而能使其存活時(shí)間延長，這些特征都與人類永久性新生兒糖尿病癥狀一致。因此，該單堿基基因編輯犬將為研究人類新生兒糖尿病的發(fā)生機(jī)制和開發(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物模型。
中國科學(xué)院廣州生物醫(yī)藥與健康研究研究院賴良學(xué)研究員與北京希諾谷生物有限公司米繼東董事長為所發(fā)表論文的共同通訊作者，王曉民、梁艷慧和趙建平為共同第一作者。相關(guān)工作得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中科院戰(zhàn)略先導(dǎo)項(xiàng)目、廣東省和廣州市科技計(jì)劃項(xiàng)目等的支持。
圖一：注射外源胰島素治療永久性新生兒糖尿病模型犬，左邊純合突變體，右邊嵌合突變體
