CSF1R基因敲除小鼠助力HDLS疾病研究

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今天我們要講的主角是腦白質病的重要元兇——CSF1R。

基因基本資訊

CSF1R中文名稱為集落刺激因子1受體，也可以稱為CD115，控制巨噬細胞的產生、分化以及功能。該基因的突變與乳腺癌、慢性粒細胞白血病等多種型別的癌症發生相關。在這些腫瘤的發生過程中，經常可以觀察到CSF1R表達量或者功能的增加。如果從家族性的CSF1R突變角度來看，該基因的與一種遺傳性神經罕見病——伴球狀體遺傳性瀰漫性白質腦病（HDLS）具有密切相關。該基因位於人類的5號染色體上，共有24個外顯子，氨基酸數量為972個。

CSF1R與伴球狀體遺傳性瀰漫性白質腦病

HDLS是常染色體顯性疾病，主要表現為成年後開始的認知障礙、行為和情緒改變，輕度癱瘓、帕金森和癲癇樣病變等。一種說法認為該基因導致了10%的腦白質病。HDLS於1984年在瑞典的一個家系中被發現，但與CSF1R之間的關係直到2011年才首次被確定。在二代測序技術大規模應用之前，該疾病由於表型的多樣性常常會與其他的疾病混淆，造成誤診。該疾病發病率較低，且目前的研究大多來源於在日本（23個家系）、歐洲（36個家系）和美國（26個家系），中國在截止2020年中也提供了10個家系的研究資料。通常來說，HDLS的發病時間大約在40-50歲之間，診斷後的患者的生存期為7年。且女性往往早於男性，原因尚不清楚，不過在患病率上不同性別沒有差異。在腦成像上，除了白質異常，胼胝體變薄，白質瀰漫性病變和腦鈣化是標誌。該蛋白在大腦小膠質細胞中表達丰度較高。其配體（CSF1和白細胞介素-34）與CSF1R結合，在細胞表面形成受體同型二聚體，隨後透過自磷酸化啟用CSF1R啟用是啟動下游訊號轉導的必要條件，促進小膠質細胞的發育、維持和啟用。

表1。 HDLS疾病相關資訊

該基因造成HDLS的突變絕大多數都集中在其胞內的酪氨酸激酶區域，目前已經發現了60種以上的突變，其中又有大部分屬於錯義突變，說明該基因的正常功能對突變特別敏感，稍有改變，就能引起功能的異常；此外還有一個致病突變是發生在N段訊號肽區域，造成CSF1R定位失敗，從而被很快降解。

圖1。 HDLS突變來源和CSF1R的蛋白突變區域展示

HDLS相關動物模型

CSF1R半敲除小鼠生長到成年後，也會出現認知、行為和運動障礙。到12月齡的時候，透過MRI，可以觀察到白質異常、側腦室增大以及胼胝體變薄等。而且，在電鏡下也能觀察到神經元髓鞘的丟失和軸突的異常。CSF1R+/-小鼠的表型充分說明了該基因正是HDLS的罪魁禍首。不過，CSF1R缺陷的小鼠和人的表型還是有所不同的，在小鼠模型中觀察到嗅覺功能障礙，症狀前階段髓鞘化過度，皮質中少突膠質細胞前體增多等現象在病人身上並沒有被明確報道。

圖2。 CSF1R+/-小鼠的多種行為發生改變（實驗在小鼠6-12個月之間進行，小鼠已成年）

圖3。 小鼠的腦部病理表型（如腦室增大，胼胝體變薄等）

HDLS的治療

該疾病目前無藥可醫，只能透過其他藥物起到抑制相關症狀的效果。但是由於其臨床表現為認知運動的多重障礙，因此抗抑鬱、抗痙攣、抗癲癇等藥物均可遵醫囑服用，但就目前的研究顯示針對記憶障礙的乙醯膽鹼酶抑制劑和針對帕金森症狀的左旋多巴並不能緩解HDLS中的相關症狀。此外，常見的類固醇激素、干擾素、環磷醯胺和血漿置換等免疫療法對患者也是完全無效的。

小結

CSF1R作為HDLS主要致病基因，其突變造成的HDLS發病率固然不高，但這種疾病是非常具有代表性的常染色體顯性疾病，只要一條染色體上的CSF1R失活或者異常就極有可能造成嚴重的後果，而且這種疾病發病是在患者成年之後，致病基因很有可能遺傳到下一代。但如果在婚前甚至產前進行CSF1R的檢測則幾乎可以完全避免有缺陷嬰兒的出生，減少患者家庭的痛苦，也降低社會的負擔。這是由於大多數患者都是雜合基因型，完全可以透過人工干預獲得兩條基因都正常的受精卵。另一方面對於已經發病的患者而言，適量補充正常的CSF1R基因也不失為潛在的干預手段，雖然患者的神經系統可能在發育的過程中就收到了不可逆的損傷，但足量的正常CSF1R表達理論上是可以緩解病情進一步惡化的，不過在基因治療的過程中需要注意該基因的過度表達和啟用也是伴隨著多種腫瘤發生的，因此，靶向性更強，表達更可控的基因治療載體也是目前研究的重點方向。

參考文獻：

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