技术分享：HGPS早衰综合症疾病治疗小鼠模型的构建与应用

何奇森-吉尔福德早年衰老综合症（Hutchinson-Gilford progeria syndrome， HGPS）是一种罕见性儿童早衰症，仍然缺乏有效治疗方法。患病儿童平均寿命为14.6年，主要死于衰老疾病，如心血管疾病等[1-3]。大多数HGPS患者都携带LMNA基因c.1824C>T（p.G608G）的杂合突变[4, 5]。虽然该突变没有改变蛋白氨基酸序列，但是引入了新的可变剪切位点，造成LMNA mRNA缺失了11号外显子上的150个核苷酸，从而表达出致病蛋白Progerin。正常情况下，LMNA基因通过选择性剪接产生Lamin A和Lamin C两种蛋白。Progerin是永久性法尼基化的Lamin A突变体，使其永久性附着在核膜上，造成dominant-negative效应[1]。

为了更好地明确HGPS治疗时间窗口与疗效，2021年11月，Circulation杂志报道了一种HGPS早衰症疾病治疗小鼠模型，即Lmna^HGPSrev(HGPSrev)小鼠[6]，利用该模型来模拟HGPS疾病表型，并在早、中、晚期三个疾病进程窗口中评价治疗效果。

首先是HGPSrev小鼠的构建，研究者在Lmna基因组10号内含子中插入loxP-∆150 cDNA E11-12-Stop-loxP元件，构建Lmna^HGPSrev(HGPSrev)小鼠模型。该小鼠模型出生时携带疾病基因型，持续性表达Progerin和Lamin C（图一A左侧）；与Cre重组酶工具小鼠交配后，插入元件被切除，Progerin表达被终止，Lamin A表达被开启，而Lamin C表达不受影响，即通过恢复成正常基因型来进行疾病治疗（图一A右侧）。HGPSrev纯合小鼠与野生型小鼠相比较，在胸动脉、心脏和肝组织中可以检测到Progerin的阳性表达与核膜定位（图一B）；Western blot检测也证实该小鼠仅表达Progerin，不表达Lamin A（图一C）。

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图一 HGPSrev小鼠的构建与验证[6]

研究者进一步检测HGPSrev小鼠能否模拟HGPS疾病表型。HGPSrev纯合小鼠出生时正常，直到5个月后体重开始不再增加（图二A）；逐渐出现脊柱后凸（图二B）；并伴随着皮下脂肪减少（图二C和二D，13月龄）；中位生存期为15个月，相比野生型小鼠的26个月显著减少了43.5%（图二E）。

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图二 HGPSrev纯合小鼠的早衰表型分析[6]

另外，HGPSrev纯合小鼠在13月龄时，同HGPS患者一样出现血管平滑肌细胞（VSMCs）显著减少（图三A），以及血管胶原含量显著升高（图三B）；小鼠心电图检测显示年龄依赖的T波低平和QT间期延长的现象（图三C）。以上结果表明HGPSrev纯合小鼠能很好地模拟HGPS疾病表型。

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图三 HGPSrev纯合小鼠（13月龄）的心血管异常[6]

最后，研究者利用HGPSrev小鼠来评价疾病治疗效果，分为早期治疗（6月龄）、中期治疗（9月龄）与晚期治疗（13月龄）三种类型。将HGPSrev纯合小鼠与Ubc-CreER^T2-tg/+小鼠杂交，获得由他莫西芬诱导Cre重组酶活性的HGPSrev-Ubc-CreER^T2早衰治疗模型小鼠。研究者在不同疾病进程的治疗模型小鼠中，分别注射他莫西芬，诱导Cre重组酶表达，从而终止Progerin表达，开启Lamin A表达（图四A）。在6月龄和13月龄的治疗模型小鼠中注射他莫西芬后，两组治疗组的体重相比未治疗组均有所升高（图四B上图）；中位生存期在早期治疗组显著提高了84.5%，在晚期治疗组提高了6.7%（图四B下图）。在9月龄的治疗模型小鼠中注射他莫西芬后，治疗组相比未治疗组，改善了心电图T波低平和QT间期延长的现象，但不具有显著性差异（图四C）；组织学上VSMCs显著增多，血管胶原含量显著降低，虽有明显治疗效果，但是和野生型对照组仍有一定差距（图四D）。

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图四 HGPSrev-Ubc-CreER^T2早衰治疗模型小鼠的治疗效果评价[6]

综上所述，HGPSrev小鼠可以较好地模拟HGPS疾病表型；与Cre重组酶工具小鼠交配后可以启动治疗模式；在不同疾病进程窗口进行治疗都能获益，其中早期治疗的疗效最佳。该研究为HGPS疾病治疗提供了较好的临床指导意义。

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参考文献

1. Dorado B, Andres V: A-type lamins and cardiovascular disease in premature aging syndromes. Curr Opin Cell Biol 2017, 46:17-25.

2. Merideth MA, Gordon LB, Clauss S, Sachdev V, Smith ACM, Perry MB, Brewer CC, Zalewski C, Kim HJ, Solomon B et al: Phenotype and course of Hutchinson-Gilford progeria syndrome. New Engl J Med 2008, 358(6):592-604.

3. Gordon LB, Shappell H, Massaro J, D'Agostino RB, Brazier J, Campbell SE, Kleinman ME, Kieran MW: Association of Lonafarnib Treatment vs No Treatment With Mortality Rate in Patients With Hutchinson-Gilford Progeria Syndrome. Jama-J Am Med Assoc 2018, 319(16):1687-1695.

4. De Sandre-Giovannoli A, Bernard R, Cau P, Navarro C, Amiel J, Boccaccio I, Lyonnet S, Stewart CL, Munnich A, Le Merrer M et al: Lamin A truncation in Hutchinson-Gilford progeria. Science 2003, 300(5628):2055-2055.

5. Eriksson M, Brown WT, Gordon LB, Glynn MW, Singer J, Scott L, Erdos MR, Robbins CM, Moses TY, Berglund P et al: Recurrent de novo point mutations in lamin A cause Hutchinson-Gilford progeria syndrome. Nature 2003, 423(6937):293-298.

6. Sanchez-Lopez A, Espinos-Estevez C, Gonzalez-Gomez C, Gonzalo P, Andres-Manzano MJ, Fanjul V, Riquelme-Borja R, Hamczyk MR, Macias A, Del Campo L et al: Cardiovascular Progerin Suppression and Lamin A Restoration Rescue Hutchinson-Gilford Progeria Syndrome. Circulation 2021, 144(22):1777-1794.