利用斑馬魚模型研究人類腺苷酸琥珀酸裂解酶缺陷疾病

《利用斑馬魚模型研究人類腺苷酸琥珀酸裂解酶缺陷疾病》是依託北京大學，由張博擔任負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：利用斑馬魚模型研究人類腺苷酸琥珀酸裂解酶缺陷疾病
• 項目負責人：張博
• 依託單位：北京大學
• 項目類別：面上項目

項目摘要

腺苷酸琥珀酸裂解酶缺陷（ADSL deficiency）是一種罕見的單基因隱性遺傳病，患者往往出現一系列機能紊亂，包括運動神經發育遲滯、癲癇、自閉及肌肉無力等，最終導致患者在新生兒到青少年期間死亡。ADSL催化嘌呤從頭合成途徑中的兩步關鍵反應，該酶缺失會造成AMP缺乏以及SAICAr和S-Ado兩種中間產物累積等兩方面的後果，但是，目前並不清楚其詳細緻病機制，也缺乏有效的治療手段，原因之一是缺乏ADSL deficiency的動物模型。本項目擬通過morpholino knock down和TALEN定點突變等方法建立模擬人類ADSL缺陷的斑馬魚疾病模型，並通過跟其上游基因腺苷酸琥珀酸合成酶的斑馬魚突變體相結合，研究ADSL deficiency的致病機理，並進一步通過一系列神經系統GFP螢光標記的斑馬魚，從發育的角度剖析引發該病症的生理機制，從而為改進臨床治療的思路和手段提供指導與依據。

結題摘要

腺苷酸琥珀酸裂解酶缺乏症（ADSL deficiency）是腺苷酸琥珀酸裂解酶（adenylosuccinate lyase，ADSL）基因發生突變所導致的一種罕見的單基因隱性遺傳病，主要症狀表現為智力發育遲滯、癲癇和自閉。根據ADSL酶的功能，人們推測其致病機理可能有如下兩種，一是由於嘌呤合成受阻導致腺嘌呤單磷酸核苷酸（AMP）缺乏，另一種是由於代謝中間產物（SAICAr和S-Ado）積累導致的毒性反應。但是，這兩種猜測均與已有的實驗結果存在一定的矛盾，目前並不清楚其詳細緻病機制，也缺乏有效的治療手段，原因之一是缺乏ADSL deficiency的動物模型。本項目利用adssl的突變體以及抑制adssl或adsl表達的嗎啉環反義寡核苷酸（morpholino，MO），建立了模擬人類ADSL缺乏症的斑馬魚模型，並分析了其發病機制。敲低adsl後，胚胎在48 hpf（hours post fertilization）出現頭面部發育遲滯，並且圍心腔出現水腫。這與敲低adssl後或adssl突變體的表型類似，並可以被注射AMP部分拯救。LC-MS和HPLC檢測結果顯示，adsl 的下調導致AMP的濃度顯著下降。行為檢測發現adsl和adssl 的基因表達下調均導致胚胎出現平時不活躍和短時間過度活躍的行為異常。通過轉基因標記魚系，我們發現在adsl和adssl 缺失的胚胎中單胺類神經元和GABA能神經元的發育有缺陷。與Adsl相比，Adss活性缺失僅會影響AMP的合成，不會有中間產物的累積。這兩個基因表達下調後出現相似的表型，說明ADSL deficiency的症狀很有可能是由於AMP在胚胎早期發育中階段性供應不足所導致，而非中間產物的積累造成。據此推測，ADSL deficiency很可能是由於胚胎早期發育階段缺乏AMP而造成神經系統的發育缺損，自閉和癲癇等症狀是神經系統發育缺陷的病理反映。根據本項目的研究結果，我們認為ADSL deficiency患者發病時已經造成了神經損傷，此時已很難設計藥物來逆轉這些損傷，因此，對ADSL deficiency疾病宜採取預防為主的策略，最好是通過產前診斷篩查潛在的突變胚胎，儘早採取適當措施，或者終止妊娠，或者儘早干預，儘量在早期胚胎髮育過程中適量補充AMP，阻止由於AMP缺乏所造成的神經損傷。