学术文章
GFAP人源化大鼠--星形胶质细胞病亚历山大病（AxD）研究模型
在一系列神经系统疾病中，包括中风、创伤、脑炎和神经退行性疾病，星形胶质细胞会发生显著的表型变化。亚历山大病（AxD）是一种主要影响婴幼儿和儿童的白质营养不良症，其特征为运动和认知障碍以及癫痫发作。在AxD中，胶质纤维酸性蛋白（GFAP）基因突变导致蛋白在星形胶质细胞中异常积累，形成蛋白聚集体。这些聚集体对星形胶质细胞的结构和功能产生影响，进而导致神经系统功能障碍，对中枢神经系统产生破坏性影响[1-2]。因此，研究GFAP及其突变对于揭示星形胶质细胞病和亚历山大病（AxD）的机制，以及开发相关疗法具有重要意义。
GFAP、星形胶质细胞和亚历山大病（AxD）的关系 星形胶质细胞是中枢神经系统（CNS）的关键组成部分，它们负责调节离子平衡、神经递质的摄取和代谢、突触的形成和稳定，以及血脑屏障的功能[3]。GFAP是中间丝蛋白家族的一员，其形成的网络为细胞提供了支持和强度。在星形胶质细胞的发育过程中，GFAP蛋白分子的结合形成了主要的中间丝蛋白，这是其细胞骨架的重要组成部分[4]。GFAP基因的功能增益型（GOF）突变会导致亚历山大病（AxD）的发生。AxD是一种进行性退化疾病，其特征包括丧失技能和独立性，通常在儿童期或成年早期死亡。患者常见的问题包括语言异常、吞咽困难、癫痫发作和协调能力差[4]。目前，AxD无法治愈，也没有标准的治疗方案。唯一正在进行临床研究的治疗方法是Ionis公司的GFAP反义寡核苷酸（ASO）疗法Zilganersen[5]。因此，对于AxD药物研发的研究，人们迫切需要更多的临床前机制和动物研究。 亚历山大病（AxD）中GFAP蛋白的周转、积累和聚集机制[4] 亚历山大病（AxD）动物模型 GFAP基因的突变会导致蛋白质错误积累，形成名为罗森塔尔（Rosenthal）纤维的异常包涵体，这会对亚历山大病（AxD）患者的大脑髓鞘（白质）造成破坏。髓鞘是一种覆盖在大脑神经纤维上的脂肪/蛋白质物质，它可以隔离神经纤维并加速神经冲动的传递。然而，当髓鞘受损时，神经冲动的传递会被中断，从而导致神经系统功能严重受损[1]。因此，AxD的一个主要病症是由于白质缺陷引起的大脑神经元的退行性病变和退化。尽管已经开发出多款AxD小鼠模型，但它们并未能够表现出这类症状或其引起的运动障碍，因此在药效试验中，无法评估疗法对行为或生活质量的改善效果[6]。目前，研究人员已经成功开发出了一种能更好地反映人类患者中存在白质损伤和身体症状的AxD大鼠模型，并已成功用于评估ASO疗法对症状的改善效果[6-7]。因此，在亚历山大病（AxD）的研究中，大鼠模型可能是更好的选择。 反义寡核苷酸（ASO）成功改善AxD大鼠模型运动缺陷和AxD症状[7] 赛业生物凭借在大鼠繁育、胚胎冻存和基因编辑技术方面的专业知识，致力于推动亚历山大病（AxD）机制研究和疗法开发，尤其是在需要物需要精确地靶向人类基因或mRNA的新型基因编辑疗法和小核酸药物领域。为此，赛业生物开发了SD-hGFAP人源化大鼠模型（产品编号：IR1019），并在此模型基础上构建了人源化疾病模型，该模型携带人类常见严重早发型AxD突变（p.R239H）[8-9]。这些模型可以加速靶向人源GFAP基因的治疗方法进入临床阶段，以下是模型的详细信息。 
SD-hGFAP大鼠成功表达人源GFAP基因和蛋白 RT-qPCR检测结果表明，SD-hGFAP大鼠的小脑（Cerebellum）和脊髓（Spinal Cord）均显著表达人源GFAP基因，而大鼠内源性Gfap基因的表达则未被检测到。 SD-hGFAP大鼠体内人源GFAP基因的表达情况 总 结 反义寡核苷酸（ASO）药物Zilganersen针对人源GFAP基因和mRNA，是目前亚历山大病（AxD）治疗领域的有效且唯一处于临床阶段的疗法，展示了通过精准调控GFAP表达治疗AxD的巨大潜力。SD-hGFAP大鼠（产品编号：IR1019）高表达人源GFAP基因，对于需要精准靶向人源GFAP的疗法研究，该模型和携带常见严重早发型AxD突变（p.R239H）的GFAP人源化大鼠（构建中）可能是最好的选择。 此外，赛业生物在阿尔茨海默病（AD）、亨廷顿舞蹈症（HD）、帕金森病（PD）、雷特综合征（RTT）、肌萎缩侧索硬化症（ALS）和脊髓性肌肉萎缩症（SMA）等神经退行性以及中枢神经系统（CNS）疾病的研究领域，同样开发了一系列遗传疾病模型、诱导型疾病模型和人源化模型，可供研究人员用于开发针对不同疾病的靶向药物。 神经疾病精选模型 [1]Hunter’s Hope Foundation. (n.d.). Alexander Disease. Retrieved April 12, 2024, from https://www.huntershope.org/family-care/leukodystrophies/alexander-disease/ [2]BrainFacts.org. (n.d.). Alexander Disease. Retrieved April 12, 2024, from https://www.brainfacts.org/Diseases-and-Disorders/Neurological-Disorders-AZ/Diseases-A-to-Z-from-NINDS/Alexander-Disease [3]Endo F, Kasai A, Soto JS, Yu X, Qu Z, Hashimoto H, Gradinaru V, Kawaguchi R, Khakh BS. Molecular basis of astrocyte diversity and morphology across the CNS in health and disease. Science. 2022 Nov 4;378(6619):eadc9020. [4]Hagemann TL. Alexander disease: models, mechanisms, and medicine. Curr Opin Neurobiol. 2022 Feb;72:140-147. [5]Ionis Pharmaceuticals. (n.d.). ION373. Retrieved April 12, 2024, from https://www.ionispharma.com/medicines/ion373/ [6]Waisman Center, University of Wisconsin-Madison. (2021, November 17). Promising Treatment for Alexander Disease Moves from Rat Model to Human Clinical Trials. Retrieved April 12, 2024, from https://www.waisman.wisc.edu/2021/11/17/promising-treatment-for-alexander-disease-moves-from-rat-model-to-human-clinical-trials/ [7]Hagemann TL, Powers B, Lin NH, Mohamed AF, Dague KL, Hannah SC, Bachmann G, Mazur C, Rigo F, Olsen AL, Feany MB, Perng MD, Berman RF, Messing A. Antisense therapy in a rat model of Alexander disease reverses GFAP pathology, white matter deficits, and motor impairment. Sci Transl Med. 2021 Nov 17;13(620):eabg4711. [8]Heaven MR, Wilson L, Barnes S, Brenner M. Relative stabilities of wild-type and mutant glial fibrillary acidic protein in patients with Alexander disease. J Biol Chem. 2019 Oct 25;294(43):15604-15612. [9]Yang AW, Lin NH, Yeh TH, Snider N, Perng MD. Effects of Alexander disease-associated mutations on the assembly and organization of GFAP intermediate filaments. Mol Biol Cell. 2022 Jul 1;33(8):ar69.
