Bmp1-flox 基因敲除小鼠

BMP1，也称为骨形态发生蛋白1，属于锌金属蛋白酶家族，包括astacin/BMP1/tolloid-like蛋白。这些蛋白在细胞外基质（ECM）的发育和形成中发挥着重要作用。BMP1通过切割原胶原蛋白羧基端（C端）前肽，介导原胶原蛋白的成熟，这是形成纤维状胶原蛋白纤维的关键步骤[1]。在多种疾病的病理过程中，如皮肤、肾脏和肝脏纤维化，抑制BMP1已被证明具有抗纤维化活性[1]。因此，研究者们曾推测BMP1可能在肺纤维化的发病机制中发挥作用，并可能成为治疗如特发性肺纤维化（IPF）等进行性纤维化疾病的潜在治疗靶点[1]。

然而，研究显示，在人类IPF肺和小鼠由博来霉素诱导的纤维化肺中，BMP1的表达水平升高。然而，通过开发可诱导的Bmp1条件性敲除（cKO）小鼠品系，研究者发现Bmp1的缺失并不能保护小鼠免受博来霉素诱导的肺纤维化影响。此外，BMP1的缺乏对纤维化小鼠肺中I型原胶原蛋白的C端前肽（CICP）的产生没有显著影响。基于这些结果，研究者认为BMP1不是小鼠肺纤维化所必需的，BMP1可能不适合作为IPF的治疗靶点[1]。

除了在肺纤维化中的作用外，BMP1还与其他多种疾病有关。例如，在泛癌研究中，BMP1的表达水平在14种癌症中存在显著差异，与免疫相关生物标志物密切相关。变异分析表明，BMP1与免疫治疗反应显著相关。BMP1的表达水平与胰岛素样生长因子结合蛋白3（IGFBP3）密切相关，而IGFBP3与m6A修饰相关。除了少数癌症类型外，甲基化与BMP1呈负相关，而拷贝数变异与BMP1呈正相关。低BMP1表达与免疫治疗反应相关，其表达与药物敏感性增加有关。因此，BMP1可能作为泛癌的预后预测和免疫浸润的潜在生物标志物，为肿瘤治疗提供新的思路[2]。

BMP1还与其他蛋白质家族成员有关，如SCUBE蛋白。SCUBE家族包括三个蛋白质：SCUBE1、2和3，这些蛋白质在脊椎动物中高度保守。SCUBE基因编码约1000个氨基酸的多肽，包含五个结构域：N端信号肽序列、九个串联的表皮生长因子（EGF）样重复序列、一个大的间隔区、三个富含半胱氨酸（CR）的结构域和C端CUB结构域。SCUBE蛋白在多种组织的发育中表达，包括中枢神经系统和轴向骨骼。SCUBE蛋白在生理和病理过程中发挥着重要作用，例如，SCUBE蛋白的上调已在急性髓系白血病、乳腺癌和肺癌中被报道。此外，膜结合SCUBE蛋白可以作为各种丝氨酸/苏氨酸激酶或酪氨酸激酶受体的共受体，增强其信号传导活性[3]。

在单细胞和全基因组孟德尔随机化研究中，研究者发现BMP1与痛风的发生有关。研究者整合了痛风全基因组关联研究（GWAS）数据、单细胞转录组测序（scRNA-seq）、表达数量性状位点（eQTL）和甲基化数量性状位点（mQTL）数据进行分析，并利用两样本孟德尔随机化研究来理解蛋白质与痛风之间的因果关系。研究者确定了17个与痛风相关的独特遗传位点的关联信号，其中包括通过蛋白质-蛋白质相互作用网络（PPI）分析相关的四个基因：TRIM46、THBS3、MTX1和KRTCAP2。此外，研究者还发现了与痛风相关的22个甲基化位点。通过孟德尔随机化（MR）分析，研究者确定了三个与痛风有因果关系的蛋白质：ADH1B、BMP1和HIST1H3A。因此，痛风与特定基因和蛋白质的表达和功能有关，这些基因和蛋白质可能作为痛风的新型诊断和治疗靶点[4]。

在灰霉菌Botrytis cinerea中，BMP1基因对于其致病性是必需的。研究者发现，BMP1基因与稻瘟病菌中的PMK1基因高度同源，而PMK1基因对于稻瘟病菌的植物感染是必需的。bmp1基因替换突变体产生了正常的分生孢子和菌丝体，但在营养丰富的培养基上的生长速度降低。bmp1突变体对康乃馨花和番茄叶无致病性。将野生型BMP1等位基因重新引入bmp1突变体，恢复了正常的生长速度和致病性。进一步研究表明，bmp1突变体的分生孢子在植物表面发芽，但未能穿透和分解植物组织。bmp1突变体在通过伤口感染方面也表现出缺陷。这些结果表明，BMP1对于B. cinerea的植物感染是必需的，这种MAP激酶途径可能在致病性真菌中广泛保守，用于调节感染过程[5]。

此外，BMP1基因的5'UTR+104 T/C基因变异与男性冠心病患者血清高密度脂蛋白（HDL）和载脂蛋白A1（Apo A1）水平相关。Apo A1是HDL的主要蛋白，作为前蛋白分泌，然后由C端原胶原蛋白内肽酶/骨形态发生蛋白-1（BMP1）切割。BMP1刺激新分泌的前Apo A1转化为其磷脂结合形式。因此，BMP1基因的遗传变异可能影响血清Apo A1和HDL水平。研究显示，在对照组中，BMP1-CC基因型的血清Apo-A1水平高于携带T等位基因的个体。然而，在冠心病患者中，BMP1基因变异对Apo A1和HDL-C水平没有影响。然而，BMP1-TT基因型与甘油三酯（TG）水平升高相关。这些差异可能是由于他汀类药物对降低胆固醇水平的强效作用所致。因此，BMP1 5'UTR+104 T/C变异可能影响血清Apo A1和脂蛋白水平，从而有助于冠心病的发展[6]。

BMP1样蛋白酶在皮肤的结构和伤口愈合中起着重要作用。BMP1和哺乳动物Tolloid样1（mTLL1）是密切相关的细胞外金属蛋白酶，在多种组织中共同表达，并被认为在细胞外基质成分的生物合成处理中具有重叠的作用。研究者开发了一种新的BTKO小鼠品系，具有Bmp1和Tll1基因的位点特异性删除，以克服早期死亡和功能冗余的问题。研究显示，BMP1样蛋白酶活性的丧失导致皮肤明显变薄和脆弱，胶原蛋白原纤维异常密集，伤口愈合延迟。研究者还发现，皮肤中胶原蛋白I和III、decorin、biglycan和laminin 332的加工受损，这表明BMP1样蛋白酶影响这种组织的生物学机制。然而，缺乏对胶原蛋白VII加工或沉积的影响表明，这种假设的底物可能由非BMP1样蛋白酶进行生物合成处理[7]。

BMP1是COL1A1（I型胶原蛋白α1链）的调节因子。COL1A1是细胞外基质中最丰富的蛋白质之一，其功能受多种因素的调控，包括表观遗传、转录、转录后和翻译后水平。BMP1是COL1A1的翻译后调节因子，参与原胶原蛋白的成熟过程。除了BMP1，其他调节因子，如DNA甲基转移酶（DNMTs）、肿瘤生长因子β（TGFβ）、末端核苷酸转移酶5A（TENT5A）等，也参与了COL1A1的调控。此外，COL1A1与多种细胞受体相互作用，包括整合素β、Endo180和圆盘状结构域受体（DDRs）。尽管已鉴定出与COL1A1功能相关的多种因素，但涉及的通路往往仍然不清楚，这突出了需要同时考虑所有分子水平的更全面分析的需求[8]。

在透明细胞肾细胞癌（ccRCC）中，BMP1的过表达与非良性和免疫浸润相关。研究者使用TCGA数据库下载ccRCC转录组数据和临床信息，并使用TCGA和GEPIA数据库分析BMP1在各种人类癌症中的相对表达。研究者发现，BMP1在GBM、HNSC、KIRC、KIRP和STAD中过表达，而在KICH和PRAD中下调。结合总生存期（OS）和无病生存期（DFS），BMP1可以作为KIRC患者不良预后的生物标志物。通过表达分析、生存分析和相关性分析，LINC00685、SLC16A1-AS1、PVT1、VPS9D1-AS1、SNHG15以及CCDC18-AS1/hsa-miR-532-3p/BMP1轴被确定为ccRCC中BMP1的潜在上游ncRNA相关途径。此外，研究者发现BMP1水平与肿瘤免疫细胞浸润、免疫细胞生物标志物和免疫检查点表达呈显著正相关。因此，ncRNA介导的BMP1高表达与ccRCC的不良预后和肿瘤免疫浸润相关[9]。

最后，BMP1的表达与急性心肌梗死（AMI）的诊断有关。研究者使用包含113个机器学习（ML）组合的集成机器学习框架，在五个独立的AMI队列中建立了一个预测迁移体相关特征（MS）。为了进一步阐明MS的生物机制，研究者对AMI诱导小鼠的心脏Cd45+细胞进行了单细胞RNA测序（scRNA-seq）。最终，研究者进行了孟德尔随机化（MR）和分子对接，以揭示MS的疗效。MS显示出强大的预测性能和优越的泛化能力，受Steplgm和Lasso的最佳组合驱动，涉及九个迁移体基因的表达。特别是，ITGB1在AMI诱导小鼠的心脏巨噬细胞中高表达，机械地调节巨噬细胞在抗炎和促炎状态之间的转变。此外，研究者发现ITGB1表达的遗传倾向与AMI风险呈正相关，将其定位为因果基因。最后，研究者发现人参皂苷Rh1与人参皂苷Rh1的紧密相互作用可能代表了一种新的治疗方法，以抑制ITGB1。因此，MS对于预测和预防AMI具有重要意义，为AMI的诊断和治疗策略提供了新的思路[10]。

综上所述，BMP1是一种重要的锌金属蛋白酶，在多种生物学过程中发挥着重要作用。BMP1在肺纤维化、癌症、痛风、冠心病、皮肤伤口愈合和肾细胞癌等疾病中具有重要作用。BMP1的调节机制涉及表观遗传、转录、转录后和翻译后水平。BMP1的研究有助于深入理解其在不同疾病中的作用机制，并为疾病的治疗和预防提供新的思路和策略。