科技日報記者 葉青 通訊員 黃博純
11月2日，記者從中國科學院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院（以下簡稱廣州生物院）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葡萄糖激酶進行點突變，成功培育出世界首例人類永久性新生兒糖尿病犬模型。相關研究近日在線發(fā)表于《細胞發(fā)現(xiàn)》。廣州生物院研究員賴良學與北京希諾谷生物有限公司董事長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。
注射外源胰島素治療永久性新生兒糖尿病模型犬，上圖純合突變體，下圖嵌合突變體。賴良學團隊 供圖
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)生于新生兒時期，是由與分泌胰島素的β細胞功能相關的基因突變導致的遺傳性糖尿病。
“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鍵作用?！毕嚓P研究人員表示，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，純合或復合型的雜合突變會導致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。
研究人員首次嘗試利用單堿基編輯器對犬GCK基因進行點突變，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。
本實驗總共移植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，同時體重與沒有治療的幼犬相比也得到很大程度的恢復。
研究人員對RNA測序結果進行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脂類和脂肪酸等代謝，使犬的生理指標維持在一個相對正常的水平，從而能使其存活時間延長，這些特征都與人類永久性新生兒糖尿病癥狀一致。
“獲取能夠準確模擬人類該疾病的動物模型對疾病的發(fā)生機制研究和開發(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?！辟嚵紝W說。據(jù)悉，該單堿基基因編輯犬將為研究人類新生兒糖尿病的發(fā)生機制和開發(fā)新的治療方法，如藥物治療、干細胞治療和基因治療等提供理想的動物模型。
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