Rdh1-flox 基因敲除小鼠

Rdh1，也称为Retinol Dehydrogenase Type 1，是一种编码短链脱氢酶的基因，负责催化维生素A（视黄醇）向视黄醛的转化。Rdh1基因位于小鼠的第10号染色体上，由四个外显子和三个内含子组成，全长约14412碱基对。Rdh1基因的转录起始位点在肾脏有三个，在肝脏有一个。Rdh1基因的启动子区域没有TATA盒，但有一个位于主要转录起始位点上游65个碱基对的CCAAT盒，这个CCAAT盒对于转录是必需的。此外，Rdh1基因的启动子区域还有一个AP1结合位点，能够被TPA激活，但全反式视黄酸可以拮抗TPA的作用[1]。

Rdh1基因编码的RDH1酶是一种短链脱氢酶，能够识别并催化全反式视黄醇、9-顺式视黄醇、5α-雄烷-3,17-二醇和5α-雄烷-3-醇-17-酮等底物的脱氢反应。RDH1是已知的最有效的短链脱氢酶，能够催化全反式视黄醇的脱氢反应，并在与三种视黄醛脱氢酶共表达于报告细胞时，参与全反式视黄酸生物合成途径的重建。Rdh1基因在小鼠胚胎发育的第7天就开始广泛表达，并持续存在于成年小鼠的各个组织中[1]。

Rdh1基因的功能与能量代谢密切相关。研究发现，Rdh1基因敲除小鼠在低脂饮食下，体重和脂肪含量显著增加，并且出现葡萄糖耐受不良和胰岛素抵抗。Rdh1基因敲除小鼠的体温较低，而棕色脂肪组织（BAT）和肝脏中的Rdh1表达水平较高。Rdh1基因敲除小鼠在禁食后重新进食时，BAT中的全反式视黄酸水平增加减少，导致脂肪摄取增加，脂解减少，从而增加脂肪含量和脂肪滴的大小。Rdh1基因敲除小鼠的线粒体蛋白减少，线粒体氧消耗率和线粒体膜电位降低，进一步反映了BAT功能的损害，导致棕色脂肪和白色脂肪肥大。RNA测序发现，Rdh1基因敲除小鼠的BAT中有424个基因表达失调，主要与禁食和重新进食后的差异相关。Rdh1基因敲除小鼠中，Rbp4和Gbp2b基因的表达增加，Rbp4编码血清视黄醇结合蛋白，是一种胰岛素不敏感因子，而Gbp2b编码一种GTP酶。由于Gbp2b的表达增加了几百倍，研究者将其过表达在棕色脂肪细胞中，导致脂肪滴变大，这表明GBP2b可能影响基础产热过程中β-肾上腺素受体下游的信号传导。因此，Rdh1基因编码的RDH1酶在BAT中产生的全反式视黄酸可以调节多个基因的表达，从而促进BAT对全身能量状态的适应，例如禁食和重新进食。这些基因表达的变化促进线粒体功能和产热的最优化，从而限制脂肪堆积。Rdh1基因的缺失导致脂肪堆积和胰岛素抵抗的减轻，表明RDH1可能缓解代谢综合征[2]。

除了在能量代谢中的作用，Rdh1基因还与维生素A的稳态有关。研究发现，Rdh1基因敲除小鼠在维生素A限制的饮食下，肝脏中的Cyp26a1 mRNA和蛋白水平降低，而肝脏和肾脏中的视黄醇储存增加。这些结果表明，Rdh1基因敲除小鼠通过下调Cyp26a1的表达和保留视黄醇来补偿维生素A的缺乏。Rdh1基因敲除小鼠的体重和脂肪含量增加，肝脏、肾脏和多个脂肪垫的重量增加。这些数据揭示了Rdh1基因对体重和脂肪堆积的意外贡献，并提供了第一个基因证据，表明候选的视黄醇脱氢酶可能影响维生素A相关的生理稳态、基因表达或生物学功能[4]。

Rdh1基因在视黄醇代谢中也发挥重要作用。视黄醇转化为全反式视黄酸需要一系列的酶和视黄醇结合蛋白的参与。Rdh1基因编码的RDH1酶是视黄醇转化为视黄醛的第一步反应的催化剂之一。视黄醇结合蛋白将全反式视黄醇从血液中输送到细胞，然后通过Stra6和Rbpr2两种膜受体传递给细胞内的视黄醇结合蛋白1（CRBP1）。CRBP1将视黄醇输送到卵磷脂：视黄醇酰基转移酶（LRAT）进行酯化和储存。LRAT通过蛋白质-蛋白质相互作用将视黄醇直接导入其活性位点。CRBP1的游离型和结合型比例决定了视黄醇进入和退出视黄酯的流量，从而调节酯化和酯解反应。多种视黄醇脱氢酶（Rdh1、Rdh10、Dhrs9、Rdhe2、Rdhe2s）将视黄醇从CRBP1输送到视黄醛，用于全反式视黄酸的生物合成。β-胡萝卜素氧化酶1将类胡萝卜素转化为视黄醛，而视黄醛还原酶（Dhrs3、Dhrs4、Rdh11）将视黄醛还原成视黄醇，从而限制全反式视黄酸的生物合成。视黄醛脱氢酶（Raldh1、2、3）不可逆地将视黄醛脱氢成全反式视黄酸。全反式视黄酸通过诱导LRAT和全反式视黄酸降解酶来调节其自身的浓度。全反式视黄酸表现出 hormesis，其效应与浓度呈倒置的J形曲线相关，在“金发姑娘”区有益，浓度增加时则具有毒性。癌症、免疫缺陷和代谢异常可能是由CrBP1和视黄醇代谢酶的突变和/或不足引起的[3]。

综上所述，Rdh1基因编码的RDH1酶在维生素A代谢和能量代谢中发挥重要作用。RDH1酶能够催化视黄醇向视黄醛的转化，并参与全反式视黄酸生物合成途径的重建。Rdh1基因缺失导致脂肪堆积和胰岛素抵抗，表明RDH1可能缓解代谢综合征。Rdh1基因还与维生素A的稳态有关，Rdh1基因敲除小鼠在维生素A限制的饮食下，肝脏中的Cyp26a1表达降低，而视黄醇储存增加。因此，Rdh1基因的研究对于深入理解维生素A代谢和能量代谢的机制，以及代谢相关疾病的治疗和预防具有重要意义。