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1、 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，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。有很多，下面举例说明。杜氏肌营养不良症杜氏肌营养不良症(DMD)动物模型研究动物模型研究: :杜氏肌营养不良症
2、属于杜氏肌营养不良症属于X 连锁隐性遗传病连锁隐性遗传病. . 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、鱼及秀丽隐杆动物模型包括小鼠、犬、猫、鱼及秀丽隐杆 线虫等线虫等, ,最常用的是小鼠和犬。最常用的是小鼠和犬。. . 小鼠作为小鼠作为DMD 动物模型的优点在于它们的生理、遗传特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
3、，质量标准明确，因点已经被正确认识，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 此此DMD 鼠模型研究有着不可估量的价值。鼠模型研究有着不可估量的价值。1.1 C57BL/10ScSn Dmdmdx 模型鼠模型鼠 1977 年，英国正常的年，英国正常的C57BL/10ScSn 小鼠发生自发性突变产生该模型鼠种。小鼠发生自发性突变产生该模型鼠种。1984 年，美年，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。自从发现保存下来，形成稳
4、定的突变鼠株。自从发现C57BL/10ScSn Dmdmdx 模型鼠与模型鼠与 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、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，被认为是模型鼠病理改变轻微部分原因，被认为是Dys 被功能相似的被功能相似的 抗肌萎缩蛋白相关蛋白所取代。根据抗肌萎缩蛋白相关蛋白所取代。根据 http:/www.ncb
5、inlm.nih.gov/ 公布的公布的C57BL/6L 小鼠小鼠 基因组资料，编码抗肌萎缩蛋白相关蛋白的基因基因组资料，编码抗肌萎缩蛋白相关蛋白的基因utrn位于小鼠位于小鼠10号染色体号染色体A1 区的区的3.0cM处，处， 基因全长基因全长478kb，mRNA全长全长11kb。由于。由于utrn 和和Dys 的相似性，使得抗肌萎缩蛋白相关蛋的相似性，使得抗肌萎缩蛋白相关蛋 白像白像Dys 一样结合肌动蛋白，并且随后发挥与一样结合肌动蛋白，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，即白基因与抗肌萎缩
6、蛋白相关蛋白基因双敲除鼠，即Dys / u trn-/ - 模型鼠。模型鼠。Deconinck 等将等将 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
7、代可获得模型鼠。再通过杂合子相互交配、繁殖，子代可获得C57BL/10ScSn Dmdmdx 模型鼠、杂合子鼠和模型鼠、杂合子鼠和dko 鼠。鼠。小鼠胚胎干细胞于小鼠胚胎干细胞于1981年首次由年首次由Evans和和Kaufman成功分离建系，它们来源于胚泡成功分离建系，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。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细胞维持未分化状态依赖于
8、一 些细胞因子的存在，如白血病抑制因子（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。撤去这种自我 更新的刺激信号后，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生物学和功能基因组学研究的生物系统. 小鼠胚胎干细胞（小鼠胚胎干细胞（ES cell）体外培养可以分化成）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为外胚层组织，并进一步分化为神
9、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。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遗传工程介导的神经细胞分化 2002年年Chung等人将等人将Nurr1（
10、nur相关因子相关因子1）基因导入小鼠）基因导入小鼠ES细胞，使其过表达，从细胞，使其过表达，从 而诱导而诱导ES细胞分化为具有中脑多巴胺能神经元表型的细胞。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，直接是一种转录因子，直接 结合于结合于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-芳芳 香族氨基酸脱羧酶（香族氨基酸脱羧酶（AADC） 、囊泡单胺转运蛋白、囊泡单胺转运蛋白2（VMAT2）和多巴胺转运蛋白（）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
11、脑内可以改善帕金森模型大鼠的运动缺。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会上调其他多巴胺能神经元 分子标志的表达，而且由分子标志的表达，而且由ES细胞分化的其他细胞也会出现这种情况。细胞分化的其他细胞也会出现这种情况。 2004年年Ikeda等人将等人将MASH1基因导入小鼠基因导入小鼠ES细胞，该细胞，该ES细胞多数分化为表达细胞多数分化为表达tubulin和泛和泛NCAM（pan NCAM）的神经元样细胞，其中半数进一步分化为）
12、的神经元样细胞，其中半数进一步分化为Islet阳性阳性 的运动神经元。的运动神经元。MASH1是一种激活型碱性螺旋是一种激活型碱性螺旋-环环-螺旋结构的转录因子，表达于腹侧端脑，螺旋结构的转录因子，表达于腹侧端脑， 调节调节GABA能中间神经元和分支运动神经元的发育。将得到的运动神经元样细胞注射到偏能中间神经元和分支运动神经元的发育。将得到的运动神经元样细胞注射到偏 瘫小鼠脑室周围的运动皮层，可明显改善运动障碍。瘫小鼠脑室周围的运动皮层，可明显改善运动障碍。 遗传工程介导的神经细胞分化方法的优势是可以较高效率地得到感兴趣的特定的神经遗传工程介导的神经细胞分化方法的优势是可以较高效率地得到感兴趣
13、的特定的神经 细胞。但是由于导入基因的功能多样性和不确定性，较难判断该基因对细胞的整体影响和细胞。但是由于导入基因的功能多样性和不确定性，较难判断该基因对细胞的整体影响和 长远影响。长远影响。 虽然小鼠胚胎干细胞诱导分化为神经细胞的方法取得了较大进展，目前可以较高效虽然小鼠胚胎干细胞诱导分化为神经细胞的方法取得了较大进展，目前可以较高效 率地得到中枢神经系统的各种神经元和神经胶质细胞，但是仍有许多问题亟待解决。遗传率地得到中枢神经系统的各种神经元和神经胶质细胞，但是仍有许多问题亟待解决。遗传 工程方法导入的基因对细胞的长远影响需要进一步观察和研究；还有，现在所得到的神经工程方法导入的基因对细胞
14、的长远影响需要进一步观察和研究；还有，现在所得到的神经 细胞类型还不很明确，因为神经元和神经胶质细胞还可以分为很多亚型。例如中枢神经系细胞类型还不很明确，因为神经元和神经胶质细胞还可以分为很多亚型。例如中枢神经系 统的胆碱能神经元根据形态和生化特性就可以分为不同亚型，它们的分布和生理功能也不统的胆碱能神经元根据形态和生化特性就可以分为不同亚型，它们的分布和生理功能也不 尽相同。因此有必要获得特定部位和类型的神经细胞。尽相同。因此有必要获得特定部位和类型的神经细胞。 ES细胞向神经细胞分化的研究有利于人们了解胚胎神经细胞发育的机制、发现细胞向神经细胞分化的研究有利于人们了解胚胎神经细胞发育的机制、发现ES细胞细胞 向神经细胞分化的关键调节基因；建立体外定向诱导神经细胞分化体系将为神经疾病治疗向神经细胞分化的关键调节基因；建立体外定向诱导神经细胞分化体系将为神经疾病治疗 药物的筛选以及基因工程药物的开发等提供有用的材料；体外大量有功能的特定神经元的药物的筛选以及基因工程药物的开发等提供有用的材料；体外大量有功能的特定神经元的 获得使神经再生医学正一步步从理论走向实践。获得使神经再生医学正一步步从理论走向实践。 通过以上两个例子可以看出遗传工程小鼠在生物医学研究中起的作用是巨大的。通过以上两个例子可以看出遗传工程小鼠在生物医学研究中起的作用是巨大的。
