不同多囊肾大小鼠模型的研究进展

周卫民方明笋 陈方明 齐月寒 蒋 超

(浙江中医药大学实验动物研究中心,比较医学研究中心,浙江杭州 310053)

不同多囊肾大小鼠模型的研究进展

周卫民*方明笋 陈方明 齐月寒 蒋 超

(浙江中医药大学实验动物研究中心,比较医学研究中心,浙江杭州 310053)

为多囊肾病发病机理、研发多囊肾病新药选择合适的动物模型提供选择基础，本文总结国内外近年来使用最多的几种多囊肾鼠模型的建立方法，从各模型鼠的来历，造模方法，使用频率和及模型的优缺点等方面进行综述。

多囊肾 鼠模型 研究进展

随着医药卫生事业的发展，转基因大小鼠已成为生命科学研究中不可缺少的实验动物模型。常染色体显性遗传多囊肾病（autosomal dominant polycystic kidney disease，PKD）是最常见的遗传性肾病，在人群中发病率高达1/400-1000，我国约有150万患者，占我国最终期肾衰竭病因的第4位。已发现2个基因与PKD发病有关，其中PKD1（polycystic kidney disease 1）基因定位于染色体16p13-3，其突变约占PKD的85%；PKD2基因定位于4q21-23，其突变约占15%[1]。多囊肾病的发病机制研究近年来有了较大的进展，但在仍存在许多争议。有学者认为PKD1或PKD2基因突变会激活哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）的信号通路，促进上皮细胞增殖和肾囊肿扩张[2]。约有10%和80%的患者发展为胰腺囊肿和肝脏囊性病变[3]。

PKD可发生于任何年龄，主要表现为双侧肾脏出现大小不一的囊肿，囊肿进行性增大，破坏肾脏结构和功能，60岁之前50%患者不可逆转地进展至终末期肾衰竭。PKD也是一种系统性疾病，除累及肾脏外，还伴有肝囊肿、胰腺囊肿、颅内动脉瘤、心脏瓣膜异常等。目前除应用肾移植和透析治疗终末期肾衰，尚无特效疗法阻止囊泡的发生和生长。针对PKD发病机制延缓甚至逆转PKD的病程是该领域的研究热点。PKD1基因突变占到PKD的85%，使PKD1基因突变成为研究的热点，国内外为此专门制作了研究此类疾病的转基因动物。

然而，如果直接将小鼠中直系同源pkd1基因完整地敲除，会发生复杂的胚胎致死表型，包括表现出形成缺陷的肾脏、胰腺、中轴骨骼、毛细血管、心脏等各种各样的表型[4-7]，虽然有个别的小鼠能够在胚胎发育期存活，但是在出生后不久也将死于肺发育不良等综合性的病变[4]。由于胚胎致死，对一些需要观察一定时程的研究（比如发病机制研究、药物疗效观察等）来说就是很大的障碍。因此，迫切需要建立条件敲除PKD1小鼠模型，运用条件基因打靶和等位基因低表现量等策略来解决和限制基因敲除而引起的模型胚胎致死情况的发生。

通过化学物质诱导、自身突变筛选和受精卵癌基因微注射等方法获得的动模型存在各种缺点，尚不能满足科学研究需要。通过胚胎干细胞基因打靶途获得的转基因动物模型是最为理想的模型，可人为地改造、修饰动物基因，得到相应的表现型，从而模拟人类遗传病。1999年Lu等[9]对缺失34外显子的多囊肾动物模型Pkd1+/-小鼠进行了进一步研究，发现小鼠出现散在进行性的肾脏和肝脏囊肿。2011年陈燕等[10]对pkd1flox/-：Ksp-Cre 小鼠进行肾功能的改变的研究，结果表明在出生后两周内出现肾功能衰竭的相关症状，且只能存活2～3周时间[11]。pkd1flox/-：Ksp-Cre 小鼠在出生第12d其肾脏系数是野生型小鼠的15倍之多，其肾脏组织中尿素含量为野生型小鼠的15倍左右，血清中尿素含量在出生第1d到12d都为野生型小鼠的1倍左右，其随动物的增长变化不是很大。

有研究制作了一个具有条件目标PKD1等位基因[8]，并结合有选择性的Cre重组酶的转基因小鼠Pkd1f/f：Cre，当重组酶Cre被Tamoxifen诱导之后，Cre表达，介导两个LoxP位点序列的重组，从而把目标PKD1等位基因（LoxP-Pkd1-LoxP）敲除。Pkd1f/f：Cre是为Pkd1全身性敲除的，经Tamoxifen诱导后形成多囊肾。该模型可通过在不同的时间点诱导突变，而造成快速进展（小鼠存活5周左右）或者慢速进展（小鼠存活12个月左右）多囊肾病模型，且Tamoxifen诱导剂量的不同，其多囊肾病的严重程度也不一样，可根据研究需要选用合适的诱导方式进行造模，其应用前景广泛。虽然信号学说存在许多争议，但是对于多囊肾病Pkd1f/f：Cre转基因小鼠而言，其基因突变直系同源基因与人类疾病的基因，Pkd1f/f：Cre转基因小鼠在这方面可以作为一种宝贵的资源。

Kaspareit-Rittinghausen等[17]在饲养过程中发现了突变大鼠，大鼠具有肾囊肿以及高血压病症，将这种大鼠命名为Han：SPRD大鼠，其肾脏上皮细胞增殖明显，内积聚液体，肾细胞外基质重构[18.19]。目前研究多囊肾病的良好动物模型是Han：SPRD。多囊肾大鼠模型Han：SPRD（Cy/+）的应用也越来越广，应用于多囊肾病药物及作用机制的研究，而Han：SPRD（Cy/ Cy）大鼠在出生后只能存活3周左右[20]，其出生后不久，肾脏就开始肿大，有研究表明在8周龄时，多囊肾大鼠模型Han：SPRD（Cy/+）与野生型大鼠Han：SPRD（+/+）比，其肾脏体积要大1陪，肾功能衰竭指标也增加1倍多[15-16]。Han：SPRD（Cy/+）模型大鼠和多囊肾患者肾组织中β-TrCP的表达量与Han：SPRD（+/+）野生型大鼠和瘤旁正常组织比都有明显的升高[21]，这表明Han：SPRD大鼠与人类肾组织囊肿可能具有相似的β-TrCP调控制机。

综上所述，pkd1flox/-：Ksp-Cre 小鼠模型在出生时就发病，且存活时间较短，可用于研究多囊肾病的发病机制的研究，但是在用于治疗药物的研究方面运用较难。而很少有对Pkd1f/f：Cre转基因小鼠的病程进展、全身各器官受累情况、组织损伤程度、包括一些PKD相关重要信号通路在发育过程中的变化等进行基础研究的资料，限制了该转基因小鼠的在药物筛选、发病机制研究方面的应用。在Pkd1转基因小鼠出现之前，国内研究多囊肾病的唯一模型是Han：SPRD大鼠模型，此大鼠主要应用于成人的多囊肾病研究。PKD1转基因小鼠的出现，丰富了研究多囊肾病发病机理、研发多囊肾病新药的动物模型。

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浙江省科技厅实验动物科技计划项目（2014C37009）

周卫民（1979－），男，浙江金华人，研究生学历，实验师，研究方向：实验动物与动物实验。 [5] Kim，K.，Drummond，et al. Polycystin 1 is required for the structural integrity of blood vessels[J].Proc. Natl. Acad. Sci. USA，2000，（97）：1731-1736.