Chrna1-flox 基因敲除小鼠

基因Chrna1，也称为肌肉型乙酰胆碱受体α1亚基基因，编码乙酰胆碱受体（AChR）的α1亚基。AChR是位于神经肌肉接头处的一种离子通道，由五个亚基组成，包括两个α亚基和三个β、γ、δ或ε亚基。AChR在神经肌肉信号传递中发挥着关键作用，它能够将神经末梢释放的乙酰胆碱转化为电信号，从而触发肌肉收缩。AChR的功能障碍可能导致神经肌肉疾病，如先天性重症肌无力综合征（CMS）和重症肌无力（MG）。

先天性重症肌无力综合征（CMS）是一组异质性障碍，其特征在于由于神经肌肉接头（NMJ）表达的基因的种系致病性变异，导致神经肌肉信号传递受损。据报道，35个基因与CMS有关，其中包括Chrna1。这些基因可以根据CMS患者的病理机制、临床特征和治疗特征分为14组。诊断CMS需要通过重复神经刺激测量复合肌肉动作电位。临床和电生理特征不足以识别缺陷分子，因此需要进行遗传研究以进行准确诊断。从药理学角度来看，胆碱酯酶抑制剂在大多数CMS组中有效，但在某些CMS组中是禁忌的。同样，麻黄碱、沙丁胺醇（沙丁胺醇）、阿米法普利啶在大多数CMS组中有效，但并非所有组都有效[1]。

在黎巴嫩进行的一项20年临床和遗传神经肌肉队列分析中，对506名患者的临床和分子数据进行了回顾性分析。该研究旨在提供一个关于黎巴嫩人群遗传神经肌肉疾病（NMD）发生和频率的回顾性概述。在这项队列研究中，81.4%的患者被诊断为运动神经元疾病和肌营养不良症，其中近一半的患者被描述为脊髓性肌萎缩症（SMA）（占患者的40.3%）。研究人员估计，黎巴嫩的SMA发病率高达1/7500。杜氏和贝克肌营养不良症是第二最常见的NMD（占患者的17%）。这些疾病与本研究中发现的最多变异（39个）有关。研究人员还发现，带状肌营养不良症和夏科-马里-图特病表现出高度异质性。最不常见的疾病（占患者的5.5%）包括先天性、代谢性和线粒体肌病、先天性重症肌无力综合征和肌强直性营养不良症。这项研究表明，黎巴嫩NMDs的异质性形式的发病率很高，并且存在漏报现象，这是一个重大挑战，因为许多新的NMD治疗方法正在开发中。该报告呼吁建立一个区域性的NMD患者登记册[2]。

在中国患者中，SLCO1B1、ABCB1和CHRNA1基因多态性对罗库溴铵的疗效和作用持续时间有影响。这项研究探讨了SLCO1B1、ABCB1和CHRNA1基因多态性对中国患者罗库溴铵的疗效和作用持续时间的影响。研究人员招募了207名无关的中国患者进行选择性手术，其中200名完成了研究。他们的ABCB1、SLCO1B1和CHRNA1基因型被确定。还收集了人口统计和临床非遗传数据。SLCO1B1、ABCB1和CHRNA1的变异不会影响罗库溴铵的起效时间。具有ABCB1 rs1128503TT和SLCO1B1 rs2306283 AG和GG基因型的患者中，罗库溴铵的临床持续时间和恢复时间延长。研究结果表明，SLCO1B1和ABCB1基因变异可能影响罗库溴铵的药代动力学。ABCB1 rs1128503 C>T基因型是罗库溴铵疗效的最重要因素[3]。

原发性局限性多汗症（PFH）是一种自主神经疾病，其特征在于由于交感神经系统的自主功能障碍，外分泌腺过度分泌。Chrna1促进了PFH的发病机制。研究人员旨在检查通过顺式阿曲库铵下调Chrna1是否可以缓解PFH的症状。研究人员监测了顺式阿曲库铵在由氢溴酸匹鲁卡品诱导的多汗症小鼠模型中的汗腺分泌和汗腺中超微结构汗分泌颗粒的效果。同时，检查了多汗症的分子标志物，并测试了交感神经节轴突中脑源性神经营养因子（Bdnf）和神经调节素1（Nrg1）的释放。此外，使用表达Chrna1的HEK293细胞在体外评估了顺式阿曲库铵的作用机制。最后，通过在多汗症小鼠模型中过表达或下调Chrna1，确定了顺式阿曲库铵的效果。在多汗症小鼠中，顺式阿曲库铵预处理有效地抑制了汗腺分泌，并减少了汗腺中的颗粒分泌。顺式阿曲库铵抑制了多汗症的分子标志物（Aqp5和Cacna1c），并发现血清中乙酰胆碱（Ach）水平降低。由交感神经轴突激活分泌的神经营养因子（Bdnf和Nrg1）也被抑制。最后，研究人员证实，顺式阿曲库铵不能改变Chrna1的基因或蛋白表达水平，但可以阻断离子通道。Chrna1的过表达消除了顺式阿曲库铵对多汗症的效果，而顺式阿曲库铵在siChrna1处理的鼠中不能发挥更多作用。研究结果表明，顺式阿曲库铵的预处理可以缓解小鼠的多汗症，这可能是通过阻断Chrna1的离子通道功能来实现的[4]。

重症肌无力（MG）是一种慢性自身免疫性疾病，其特征在于自身抗体介导的神经肌肉接头处信号传递的干扰。研究人员进行了一项全基因组关联研究（GWAS），涉及1873名被诊断为乙酰胆碱受体抗体阳性重症肌无力的患者和36370名健康个体，以确定疾病相关的遗传风险位点。研究人员试图在来自英国生物银行的独立队列中复制发现的位点。研究人员还使用来自骨骼肌、全血和胫神经的表达数据进行了全转录组关联研究（TWAS），以测试疾病相关多态性对基因表达的影响。研究人员在编码乙酰胆碱受体亚基的基因中发现了两个信号，这些亚基是最常见的自身抗体的抗原靶点：一个位于胆碱能受体烟碱α1亚基（CHRNA1）基因内的GWAS信号和一个与正常骨骼肌中的胆碱能受体烟碱β1亚基（CHRNB1）基因相关的TWAS关联。研究人员还发现了10p14和11q21上的两个其他位点，并证实了PTPN22、HLA-DQA1/HLA-B和TNFRSF11A之前关联信号。亚组分析表明，早期和晚期发病的病例具有不同的遗传风险因素。遗传相关性分析证实了重症肌无力与其他自身免疫疾病（如甲状腺功能减退症、类风湿性关节炎、多发性硬化和1型糖尿病）之间的遗传联系。最后，研究人员应用了优先级指数分析来识别潜在的药物靶点基因/蛋白和通路。这项研究为了解重症肌无力的遗传结构提供了见解，并表明编码乙酰胆碱受体亚基的基因位点内的遗传因素对其发病机制有贡献[5]。

致命多翼症（LMPS）是一种罕见的常染色体隐性遗传疾病，其特征在于宫内生长迟缓、多翼症和屈曲挛缩。研究人员报告了一名中国病例，该病例有三次不良妊娠史，其超声表现相同，包括颈项透明层增厚、水肿、胎儿颈部囊瘤、运动减少、关节挛缩和其他先天性特征。全外显子测序（WES）揭示了招募个体在CHRNA1基因中存在新型复合杂合变异，NM_000079.4：c.[1128delG（p.Pro377LeufsTer10）]；[505T>C（p.Trp169Arg）]。随后的家族分离显示，父母双方分别传递了各自的突变。这是首次发现CHRNA1基因与LMPS之间的关联，这可能丰富了CHRNA1基因的突变谱，并促进了WES技术在产前检查中超声异常的病因诊断中的应用[6]。

研究人员在三个种族群体的自身免疫性重症肌无力（MG）患者中寻找了肌肉型乙酰胆碱受体α1亚基基因（CHRNA1）的关联，包括高加索人和南非的黑色和混合血统。研究人员发现，与52名民族匹配的对照组相比，无血缘关系的黑人重症肌无力患者（n=18；RR=2.85；pX2=0.04）与HB*15 CA重复等位基因存在显著关联。在白色人种的单基因和复合基因家族中进行的一项基于家族的关联研究和连锁分析支持了这一位点与较长等位基因的正关联，包括HB*14到*18。然而，研究人员无法在受影响的同胞对中证明疾病与HB等位基因的共分离。研究结果提示，CHRNA1位点可能包含一个导致MG发展的次要易感基因，尽管研究人员不能排除与2号染色体上另一个主要基因位点的连锁不平衡[7]。

黑色素瘤患者的CHRNA1及其相关肌发生/细胞周期基因是转移性黑色素瘤的预后相关标志物。研究人员在转移性黑色素瘤患者中对肌肉型乙酰胆碱受体（CHRNs）的表达及其在癌症中的作用进行了报道。然而，目前尚不清楚哪些CHRNs及其相关基因在黑色素瘤患者的转移中起重要作用。研究人员对黑色素瘤患者的公开可用批量RNA测序（RNA-seq）数据进行了生物信息学分析，以确定在转移性黑色素瘤中高度表达的CHRNs。研究人员发现，与原发黑色素瘤样本相比，转移性黑色素瘤样本中CHRNA1的表达水平很高，并且与CHRNB1和CHRNG强烈相关。这些肌肉型CHRNs（CHRNA1、CHRNB1和CHRNG）与转移性黑色素瘤样本中的ZEB1和Rho/ROCK通路相关基因相关。配对相关性和富集分析表明，CHRNA1与肌发生/肌肉收缩和细胞周期基因显著相关。Kaplan-Meier曲线说明了CHRNA1及其相关基因（DES、FLNC、CDK1和CDC20）和肌发生基因特征在黑色素瘤患者预后中的作用。在批量RNA-seq分析之后，单细胞RNA-seq（scRNA-seq）分析显示，表达CHRNA1的黑色素瘤细胞主要是转移性的，并且CHRNB1、CHRNG和肌发生/细胞周期相关基因的表达水平很高。研究人员对黑色素瘤患者的批量RNA-seq和scRNA-seq数据的生物信息学分析表明，CHRNA1及其相关肌发生/细胞相关周期基因是转移性黑色素瘤的预后相关标志物[8]。

转录组分析揭示了NeuroD1介导的星形胶质细胞-神经元转化。NeuroD1的异位表达可以在体外和体内将反应性胶质细胞重编程为功能性神经元，但其潜在机制尚不清楚。研究人员使用RNA测序技术捕获了重编程过程中不同时间点的转录组变化。研究人员发现，在NeuroD1过表达之后，星形胶质细胞基因（ACTG1、ALDH1A3、EMP1、CLDN6、SOX21）显著下调，而神经元基因（DCX、RBFOX3/NeuN、CUX2、RELN、SNAP25）显著上调。NeuroD家族成员（NeuroD1/2/6）和信号通路（Wnt、MAPK、cAMP）以及神经递质受体（乙酰胆碱、生长抑素、多巴胺）也显著上调。基因共表达分析确定了NeuroD1相互作用的网络中的许多中心基因，包括CABP7、KIAA1456、SSTR2、GADD45G、LRRTM2和INSM1。与化学转化相比，研究人员发现NeuroD1是强大的驱动力，并在星形胶质细胞-神经元转化过程中触发了快速的转录组变化。这项研究表明，NeuroD1的许多重要下游靶点，如HES6、BHLHE22、INSM1、CHRNA1/3、CABP7和SSTR2，可能在从胶质细胞谱系到神经元谱系的转录组景观转变中发挥关键作用[9]。

自身抗原和免疫调节蛋白的基因多态性与自身免疫性重症肌无力的易感性相关。重症肌无力（MG）是一种针对神经肌肉接头处抗体的抗体介导的自身免疫性疾病。遗传和环境因素都参与了MG的易感性。研究人员进行了一项病例对照研究，以探索自身抗原和免疫调节蛋白基因在MG发病机制中的作用。研究人员招募了389名成年MG患者和487名健康对照者。从胆碱能受体烟碱α1（CHRNA1）、自身免疫调节因子（AIRE）、细胞毒性T淋巴细胞相关蛋白4（CTLA-4）、蛋白酪氨酸磷酸酶非受体型22（PTPN22）和白细胞介素-10（IL-10）基因中选择了18个SNPs。CHRNA1中的rs16862847和rs2229957、AIRE中的rs3761389和CTLA-4中的rs733618与MG显著相关，CHRNA1中的SNPs的关联性最高。携带rs16862847 G等位基因的个体被发现是预测高水平乙酰胆碱受体（AChR）抗体的独立危险因素（P=0.003，OR=10.296）。遗传相互作用分析揭示了CHRNA1（rs16862847）、AIRE（rs3761389）和CTLA-4（rs733618）在MG易感性中的协同作用（P<0.0001，OR=1.95）。这些发现突出了自身抗原基因（CHRNA1）在针对AChR的自身免疫反应中的作用，并揭示了自身抗原和免疫调节蛋白基因（AIRE和CTLA-4）在MG发病机制中的协同贡献[10]。

综上所述，基因Chrna1在神经肌肉信号传递中发挥着关键作用，其功能障碍可能导致多种神经肌肉疾病。研究人员发现，CHRNA1与先天性重症肌无力综合征（CMS）和重症肌无力（MG）的发生和易感性相关。此外，CHRNA1的变异与致命多翼症（LMPS）的发生有关。研究还表明，CHRNA1的表达水平与黑色素瘤的转移和预后相关。此外，CHRNA1在星形胶质细胞-神经元转化过程中发挥作用。这些发现突出了CHRNA1在神经肌肉疾病和癌症中的作用，并为这些疾病的治疗和预防提供了新的思路和策略。