遗传工程小鼠在生物医学中的应用(神经病学).doc

遗传工程小鼠是一种模式生物。生物体由低等向高等、由简单向复杂的进化过程中，很多生物学过程在不同生物物种中是非常保守的。因此，可以通过选择合适的物种，对其开展研究，获得对生命基本规律或者人类健康的认识。遗传工程小鼠在神经病学中的应用有很多，下面举例说明。 杜氏肌营养不良症(DMD)动物模型研究:杜氏肌营养不良症属于X 连锁隐性遗传病. 目前尚无治愈方法，各种治疗手段大多处于试验研究阶段，因此相关动物模型的替代研究成为当前的一个重点问题。已经建立的DMD 动物模型包括小鼠、犬、猫、鱼及秀丽隐杆线虫等,最常用的是小鼠和犬。. 小鼠作为DMD 动物模型的优点在于它们的生理、遗传特点已经被正确认识，体型小，容易控制，生长繁殖快，容易饲养管理，质量标准明确，因此DMD 鼠模型研究有着不可估量的价值。 1.1 C57BL/10ScSn － Dmdmdx 模型鼠 1977 年，英国正常的C57BL/10ScSn 小鼠发生自发性突变产生该模型鼠种。1984 年，美国杰克逊实验室获得该模型鼠并繁殖保种，再通过纯合雌性和半合雄性间的全同胞交配而保存下来，形成稳定的突变鼠株。自从发现C57BL/10ScSn － Dmdmdx 模型鼠与 DMD 患者有相同的遗传基础以来，其已经被广泛应用到DMD 研究的各个领域，包括发病机制、病理改变、临床特征和实验治疗等各个方面. 1.2 基因双敲除鼠 C57BL/10ScSn － Dmdmdx 模型鼠病理改变轻微部分原因，被认为是Dys 被功能相似的抗肌萎缩蛋白相关蛋白所取代。根据 / 公布的C57BL/6L 小鼠基因组资料，编码抗肌萎缩蛋白相关蛋白的基因utrn位于小鼠10号染色体A1 区的3.0cM处，基因全长478kb，mRNA全长11kb。由于utrn 和Dys 的相似性，使得抗肌萎缩蛋白相关蛋白像Dys 一样结合肌动蛋白，并且随后发挥与Dys 相类似的功能。人们设计了抗肌萎缩蛋白基因与抗肌萎缩蛋白相关蛋白基因双敲除鼠，即Dys / u trn-/ - 模型鼠。Deconinck 等将C57BL/10ScSn －Dmdmdx 模型鼠抗肌萎缩蛋白相关蛋白基因的一个等位基因敲除：在C57BL/10ScSn － Dmdmdx 模型鼠的一个抗肌萎缩蛋白相关蛋白基因7 号外显子内插入PGKneoA 结构，使其失去功能，形成抗肌萎缩蛋白相关蛋白基因杂合子C57BL/10ScSn － Dmdmdx 模型鼠。再通过杂合子相互交配、繁殖，子代可获得C57BL/10ScSn —Dmdmdx 模型鼠、杂合子鼠和dko 鼠。 小鼠胚胎干细胞于1981年首次由Evans和Kaufman成功分离建系，它们来源于胚泡的内细胞团，这些细胞具有稳定的二倍体核型，在体外可以分化为三个胚层的多种细胞。将小鼠胚胎干细胞重新植入胚泡可以参与形成胚胎。体外ES细胞维持未分化状态依赖于一些细胞因子的存在，如白血病抑制因子（leukemia inhibitory factor , LIF）。撤去这种自我更新的刺激信号后，ES细胞很快分化为多种细胞。这些属性使ES细胞成为非常有用的发育生物学和功能基因组学研究的生物系统小鼠胚胎干细胞（ES cell）体外培养可以分化成为外胚层组织，并进一步分化为神经元和神经胶质细胞。这些细胞已用于中枢神经系统疾病的细胞替代治疗和治疗药物的研发。小鼠胚胎干细胞定向分化为神经细胞的方法主要有拟胚体介导的神经细胞分化、基质细胞诱导的神经细胞分化、默认模式介导的神经细胞分化、单层粘附培养诱导的神经细胞分化和遗传工程介导的神经细胞分化等。　遗传工程介导的神经细胞分化 　　2002年Chung等人将Nurr1（nur相关因子1）基因导入小鼠ES细胞，使其过表达，从而诱导ES细胞分化为具有中脑多巴胺能神经元表型的细胞。Nurr1是一种转录因子，直接结合于TH基因的启动子区域，调节维持中脑多巴胺能神经元表型的蛋白质的表达，如L-芳香族氨基酸脱羧酶（AADC）、囊泡单胺转运蛋白2（VMAT2）和多巴胺转运蛋白（ DAT）。将这种方法得到的多巴胺能神经元注射到脑内可以改善帕金森模型大鼠的运动缺陷。该方法存在的问题是，在神经细胞分化之前过表达Nurr1会上调其他多巴胺能神经元分子标志的表达，而且由ES细胞分化的其他细胞也会出现这种情况。 　　2004年Ikeda等人将MASH1基因导入小鼠ES细胞，该ES细胞多数分化为表达βtubulin和泛NCAM（pan NCAM）的神经元样细胞，其中半数进一步分化为Islet阳性的运动神经元。MASH1是一种激活型碱性螺旋-环-螺旋结构的转录因子，表达于腹侧端脑，调节GABA能中间神经元和分支运动神经元的发育。将得到的运动神