解决稀缺困境，罕见病研究动物模型来啦！

　　玻璃人、月亮宝宝、瓷娃娃、人鱼宝宝......这些看似唯美动听的名字实际代表的却是一类冰冷的生命杀手——罕见病。FDA的统计数据显示，全球已知的罕见病约有7000 多种，患者中近50%为儿童，且仅有不到10% 的罕见病有已批准的治疗药物或方案。不过病虽罕见，但关爱并未罕至，近年来，我国出台了一系列鼓励罕见病药物开发的政策，罕见病药物开发正当时!

图片源自国际罕见病官方网站

　　罕见病药物开发面临着患者数量少，研究样本稀缺，临床试验难度高的困境，更需要依靠合适的动物模型破局。稳定可靠的罕见病动物模型的建立与供应，对于罕见病的发病机制研究、药物靶点研究以及治疗效果评价等方面都具有不可估计的潜力。谨以此文，介绍一些罕见病模型，希望对大家有所帮助。

　　血友病

　　在众多罕见病中，血友病(hemophilia)是知名度最高的之一，一度被称为“皇室病”，该病曾由英国维多利亚女王家族通过联姻传播给欧洲多个皇室，引起多位皇室男性成员因微小的损伤即流血不止，甚至死亡。现在我们已经清楚血友病是一组X染色体连锁的隐性遗传性凝血功能障碍的出血性疾病，患者多为男性，女性极其罕见。

　　血友病是一种单基因遗传病，可分为血友病A(F8凝血因子功能异常)和血友病B(F9凝血因子异常)两种，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，即可构建相应的血友病动物模型，在小鼠上模拟出人血友病的症状。南模生物自主构建了F8-KO和F9-KO的基因修饰小鼠，可用于血友病发病机制、药物筛选或基因治疗评价等研究，模型详细介绍见往期推文：疾病小鼠模型系列之血友病篇

图3. 南模F8敲除鼠的F8活性以及APTT(凝血活酶时间)检测

图4. 南模F9敲除鼠肝组织中F9基因的表达以及血浆中F9蛋白的浓度检测

　　杜兴肌营养不良症

　　杜兴肌营养不良症( Duchenne Muscular Dystrophy，DMD)是一种X-连锁隐性遗传、致死性肌肉疾病，由位于Xp21的抗肌萎缩蛋白Dystrophin突变引起。我国每年约有400-500例DMD患儿出生，患者一般3岁左右发病，出现行动困难，走路摇摆等症状，随着病情加重，多数患者在12岁左右丧失独立行走能力;30岁前因呼吸系统并发症或心力衰竭而死亡。

　　杜氏肌营养不良发展进程(duchenneandyou.eu)

　　DMD同样是一种单基因病，通过基因修饰改造小鼠的Dmd基因，可以在小鼠上模拟人类DMD的症状，进行基础研究或基因疗法的开发。南模生物自主构建了Dmd基因点突变模型Dmd-Q995X，该小鼠抓力显著降低，并且骨骼肌肌间隙变宽，肌纤维大小不一，细胞核聚集，炎性细胞浸润，表现出了DMD的症状。

图5. 南模Dmd-Q995X小鼠HE染色(A),肢体抓力测试(B)

　　免疫球蛋白G4相关疾病

　　免疫球蛋白G4相关疾病(immunoglobulin G4-related disease，IgG4-RD)是一种慢性、进行性炎症伴纤维化的疾病，可累及身体几乎所有器官，根据累及组织或器官的不同，疾病名称有所不同，如唾液腺受累的米库利兹病，胰腺受累的自身免疫性胰腺炎，胆管受累的硬化性胆管炎，后腹膜受累的腹膜后纤维化等。

图6. IgG4-RD中T淋巴细胞和B淋巴细胞之间的相互作用

　　IgG4-RD是一种自身免疫性疾病，与T细胞具有较强相关性，研究发现破坏T细胞活化连接蛋白LAT可以获得IgG4-RD的疾病模型。南模生物自主构建了Lat-Y136F点突变小鼠模型，该模型将小鼠LAT基因第136位的酪氨酸替换为苯丙氨酸，小鼠表现出淋巴细胞增殖紊乱，多种Th2型细胞因子的高表达，B细胞大量活化，血清IgG1和IgE水平升高等症状，这些表型与IgG4-RD的病理学基础十分相似[7.8]。IgG4-RD模型详细介绍见往期推文：一文读懂新命名罕见病——IgG4 RD

图7. Lat-Y136F敲入小鼠胰腺、唾液腺和肾脏的组织病理学特征[4]

　　常染色体显性遗传性低磷佝偻病

　　常染色体显性遗传性低磷佝偻病(ADHR)是由成纤维细胞生长因子23(FGF23)第176或179位氨基酸的杂合点突变引起的，该突变使得患者体内FGF23水平持续增高，尿磷排泄增加，血磷下降。ADHR的临床表现为，儿童期发病者多表现为下肢畸形、身材矮小，成人或青少年期发病者多表现为骨痛、乏力、骨质软化。

图8. ADHR原理图[5]

　　通过基因修饰的手段，构建Fgf23-R176Q点突变小鼠，即可获得小鼠ADHR模型。研究发现，Fgf23-R176Q小鼠同时给予低铁饮食，小鼠可以表现出明显的低磷酸盐血症性和骨软化症[1]。

图9. 铁离子缺失导致Fgf23突变小鼠出现ADHR症状[6]

　　糖原累积病Ⅰa型

　　糖原贮积病( glycogen storage disease，GSD) 是一类因机体糖原代谢酶缺陷使糖原在组织中分解障碍而沉积过多，或由于糖原合成酶缺陷而致组织中糖原耗竭而引起的代谢性疾病。常累及全身多个组织、器官，以肝脏、肾脏、心脏和肌肉受累为主，大多数患者表现为肝大、低血糖、贫血及生长发育滞后。患病率是每20000~25000活产胎儿中约有1例。根据突变基因的不同，糖原贮积病可分为多个亚型，其中由葡萄糖6磷酸酶催化亚基基因(G6PC)功能缺失突变引起的的为I a型(GSD-Ia)。

图10. Consequences of defective G6Pase[7]

　　早在1996年，科学家就构建了G6pc敲除小鼠来模拟人类GSD-Ia症状。但这些小鼠表现出非常严重的葡萄糖稳态平衡表型，断奶后难以存活[8]。因此，构建肝脏特异性G6pc敲除小鼠模型(G6pc-flox与Alb-Cre交配)成为一种更好的选择，这种小鼠可作为研究GSD-Ia长期病理生理学和潜在治疗策略(例如细胞疗法)的替代动物模型[9]。

图11. 肝特异性G6pc缺陷小鼠发生肝细胞腺瘤和癌[9]

　　南模生物罕见病小鼠模型

　　2018年5月，国家五部委联合发布了《第一批罕见病目录》，同年10月，中国罕见病联盟成立，这是中国罕见病事业发展史上的里程碑事件，标志着国家解决罕见病问题的决心。南模生物同样是“健康中国一个都不能少”这一目标的践行者，目前已经开发了数十种罕见病模型，助力罕见病的基础研究及药物开发，模型列表如下：

　　每一位罕见病患者的生命，都有不一样的色彩，都可能绽放出绚烂的光亮。让我们携起手来，守护好罕见病患者，共同创造一个更加缤纷美丽的世界!

　　References

　　1. Callan MB，Haskins ME, Wang P, et al. Successful phenotype improvement following gene therapy for severe hemophilia A in privately owned dogs [J]. PLoS One, 2016. 11(3): e0151800.

　　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.

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