苯丙酮尿症模型—Pah KO小鼠

PAH基因突变导致编码的苯丙氨酸羟化酶活性丧失，引发苯丙氨酸代谢障碍，进而诱发苯丙酮尿症（PKU）。目前PKU患者依赖严格的低苯丙氨酸饮食管理，但长期治疗负担沉重。酶替代疗法（如Pegvaliase）和基因治疗等新技术已取得重要进展，有望提供更优治疗方案。为加速PKU治疗研究，赛业生物开发了PAH基因敲除（KO）及点突变小鼠模型，精准模拟人类PKU的代谢缺陷，为药物和基因治疗研发提供关键临床前工具。本文将从PAH基因功能、PKU致病机制及当前治疗研究的突破等角度，解析Pah动物疾病模型的构建策略和应用价值。

 

PAH：苯丙氨酸代谢的关键调控者

PAH（苯丙氨酸羟化酶）是肝脏中催化苯丙氨酸转化为酪氨酸的核心酶，调控苯丙氨酸代谢平衡。它以四聚体形式存在，依赖辅因子四氢生物蝶呤（BH4）和铁离子（Fe²⁺）发挥羟化活性。PAH通过精确调控苯丙氨酸水平，防止其在体内蓄积，同时为酪氨酸（黑色素、甲状腺激素等前体）的合成提供底物。其功能依赖三个关键结构域：调节域感知苯丙氨酸浓度并调控酶活性；催化域直接介导羟化反应；四聚体化域维持酶的结构稳定性。PAH缺陷将导致苯丙氨酸异常堆积，引发苯丙酮尿症（PKU）。

 

图1. 苯丙氨酸代谢途径 ^[1]。

 

锁定R243Q：东亚PKU患者的基因缺陷与靶向修复新希望

当PAH基因发生突变时，过量的苯丙氨酸及其代谢产物可对神经系统造成毒性，最终导致苯丙酮尿症（PKU），表现为智力障碍、癫痫、行为异常及皮肤毛发色素减少等症状。作为常染色体隐性遗传病，PKU发病率在性别上无统计学差异，但突变种类和频率存在明显地域和种族差异，全球平均约为1/24,000 ^[2]。早期诊断和严格饮食控制（低苯丙氨酸饮食）可有效改善预后，但未经治疗的PKU患者可能面临严重的终身残疾。R243Q是东亚/亚洲PKU患者的高频突变位点——该突变位于PAH基因第7外显子区，导致第243位氨基酸由精氨酸（R）变为谷氨酰胺（Q）。已有体外实验证实，基于R243Q突变的缺陷PAH蛋白其活性和表达水平可被调控，因此该位点有望成为PKU治疗的潜在靶点 ^[3-4]。

 

突破饮食束缚：苯丙酮尿症（PKU）创新治疗进展与挑战
苯丙酮尿症（PKU）的传统治疗方法是严格的低苯丙氨酸饮食控制，通过限制天然蛋白质摄入并辅以特殊医学配方食品，以维持血液苯丙氨酸水平在安全范围内。然而，这种疗法需要终身坚持，对患者生活质量影响较大，且可能造成营养摄入不均衡。近年来，酶替代疗法取得突破性进展。聚乙二醇化苯丙氨酸解氨酶（Pegvaliase，商品名Palynziq）于2018年获FDA批准，通过降解血液中的苯丙氨酸发挥作用，可使部分患者放宽饮食限制。但该疗法存在免疫原性风险，需密切监测过敏反应。基因疗法被视为最具潜力的根治性方案。基于AAV载体的基因递送系统在动物模型中已实现肝细胞PAH基因的长期表达。值得注意的是，由于PKU的代谢复杂性，研究者正开发人源化小鼠模型以优化治疗策略。尽管前景广阔，基因疗法仍面临递送效率和组织特异性等挑战，因此其他创新疗法（如mRNA疗法）的同步探索具有重要意义 ^[5]。

 

 

图2. 获批（绿色气泡）与在研（蓝色气泡）PKU疗法概览 ^[5]。

 

双模型出击：再现PKU病理表型，推动治疗突破

为研究Pah突变病理机制及开发治疗方案，赛业生物研发了Pah基因敲除小鼠模型（产品编号：C001540）和Pah*R243Q点突变小鼠模型（产品编号：C001738）旨在复现苯丙酮尿症的疾病表型和遗传特征，为疾病研究和药物开发提供理想的工具。

 

产品名称	产品编号	品系全称	类型
Pah KO小鼠	C001540	C57BL/6JCya-Pahem1/Cya	Pah基因敲除
Pah*R243Q小鼠	C001738	C57BL/6NCya-Pahtm2(R243Q)/Cya	Pah*R243Q点突变

部分验证数据如下（详见品系说明书）。

 

• mRNA表达水平检测

RT-qPCR检测结果显示，Pah KO小鼠的肝脏和肾脏中均不存在Pah mRNA的表达。

图3. 12周龄Pah KO小鼠和野生型小鼠（WT）的Pah mRNA表达检测。

 

• 蛋白水平表达检测

Western Blot检测结果显示，Pah KO小鼠的肝脏和肾脏中均不存在PAH蛋白的表达。

 

图4. 12周龄雄性Pah KO小鼠和野生型小鼠（WT）的蛋白表达检测。

 

• 生存曲线和生长曲线

采用常规饲料喂养的Pah KO小鼠的中位生存期为5周左右。与野生型小鼠相比，Pah KO小鼠在4-12周龄的体重明显较低。

 

图5. Pah KO小鼠的生存曲线和生长曲线。

 

• 毛色变化

由于小鼠血液中的苯丙氨酸（Phe）浓度不断升高，酪氨酸（Tyr）浓度偏低，小鼠毛发的色素减退，在8周龄时小鼠的毛发完全变为棕色。

 

图6. Pah KO小鼠的毛色。

 

• 苯丙氨酸和酪氨酸的浓度检测

与野生型小鼠相比，Pah KO小鼠体内的Phe浓度明显升高，而Tyr浓度显著降低，与苯丙酮尿症表型相符。

 

图7. 12周龄Pah KO小鼠和野生型小鼠（WT）体内的苯丙氨酸（Phe）和酪氨酸（Tyr）水平。

 

• 模型总结

综上，Pah KO小鼠（产品编号：C001560）成功模拟了人类苯丙酮尿症（PKU）的核心病理特征，为PKU及相关代谢性疾病的机制研究提供了可靠平台。其高度临床相关性使其成为人类PKU遗传机制研究、药物筛选和临床前药效评估的理想工具，可显著加速治疗方案的开发进程。

 

参考文献

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