Sgms1-flox 基因敲除小鼠

Sgms1，也称为Sphingomyelin synthase 1，是人类基因中编码鞘磷脂合成酶1的基因。鞘磷脂合成酶1是一种重要的酶，参与从磷脂酰胆碱和神经酰胺合成鞘磷脂和二酰甘油的过程。这一过程对于细胞膜的形成和功能至关重要，同时也影响着细胞内的囊泡运输、胆固醇代谢、细胞增殖和凋亡等重要过程[1]。Sgms1基因位于人类染色体10上，大小为320 kb，包含超过20个外显子。研究显示，Sgms1基因的转录物具有多样性，包括具有不同5'非翻译区（5'UTR）片段的mRNA亚型，编码全长蛋白的转录物，以及来自基因编码区和3'UTR的转录物[1,5]。此外，还发现了由Sgms1基因产生的环状RNA，这些环状RNA主要包含基因的多外显子5'UTR序列，并且在脑组织中保守且丰富表达。这些环状RNA具有大量microRNA结合位点，可能决定了这些分子的功能意义[1,4]。

在脂肪细胞中，缺氧诱导因子-1α（HIF-1α）的缺乏或HIF-1α的直接抑制可以减轻高胆固醇饮食诱导的动脉粥样硬化，这是通过降低脂肪细胞中的神经酰胺生成来实现的，进而降低胆固醇水平和减少炎症反应，从而改善血脂异常和动脉粥样硬化的发展[2]。在脂肪细胞中，Smpd3基因编码的中性鞘磷脂酶被确定为HIF-1α直接调节的新靶基因，参与神经酰胺的生成。通过在附睾脂肪组织中注射携带Smpd3的慢病毒，可以逆转脂肪细胞中神经酰胺的减少，并消除脂肪细胞HIF-1α缺陷小鼠的动脉粥样硬化改善[2]。

Sgms1基因的突变与听力损失有关。研究发现，Sgms1tm1a突变导致转录物不完全敲低至正常值的20%，足以支持正常听力。而Sgms1tm1b等位基因的生成是通过敲除外显子7，导致内耳中无法检测到转录物。Sgms1tm1b纯合子最初表现出正常的听觉脑干反应阈值，但随着时间的推移，听力逐渐下降，到6个月大时出现严重障碍。在内耳中，Sgms1tm1b突变体的内淋巴电位一直降低，与对照同窝仔相比，在3、4和8周大时降至约80 mV，而对照同窝仔为约120 mV。血管纹表现出特征性的边缘细胞表面不规则性和Kcnq1在它们顶膜上的斑点状丢失。此外，在1958年出生队列中，发现听力阈值与人类SGMS1基因内和附近的DNA标记有显著相关性，这表明SGMS1基因变异可能在人类听力能力范围内发挥作用[3]。

环状RNA（circRNAs）是一类新的非编码RNA，主要在哺乳动物细胞中发现。它们是线性RNA分子的一种抵抗RNase R处理的RNA部分。环状RNA由不同生物体中的同源基因编码，并表现出组织和器官特异性表达。目前，环状RNA的生物发生和功能特性尚不清楚；然而，这类转录物仍然是极具研究价值的目标。一些环状RNA已被赋予“分子海绵”的功能，可以吸收microRNA、RNA结合蛋白和小核RNA。环状RNA通常在选择性剪接过程中从蛋白质编码基因的RNA部分形成。使用11个人类鞘磷脂合成酶1基因（SGMS1）的环状RNA，展示了哺乳动物环状RNA的一些特征。这些环状RNA主要由SGMS1基因的多外显子5'UTR部分组成，包括一到五个外显子。环状RNA的合成可能是基因多外显子5'UTR的新功能，这一特征在脑组织中表现得最为明显，其中环状RNA的水平显著更高[4]。

Sgms1基因在人类组织中的表达受到不同启动子的调控，这些启动子位于基因的内含子中。研究表明，Sgms1基因的5'UTR亚型在人类组织中的含量差异很大，这表明使用替代启动子是组织特异性的，并且可能受到严格的调控。通过替代启动子指导的Sgms1转录物的5'UTR结构组织存在显著差异，这可以为基因功能的转录后调控提供依据[5]。

在人类肺癌和食管癌中，Sgms1基因的表达存在差异。在肺癌样本中，Sgms1基因的转录物表达显著降低。而在食管癌和邻近组织中，Sgms1基因的转录物表达变化不大，其中7个样本表达升高，5个样本表达降低。这些结果表明，Sgms1基因在不同起源的癌症中表达不同[6]。

在结肠癌中，SGMS1-AS1/microRNA-106a-5p/CPT2轴可能是调节乳酸代谢的新靶点。研究发现，低表达的CPT2与结肠癌的不良预后相关，而CPT2表达降低会导致抑制性肿瘤微环境的形成，包括CD4+T细胞、CD8+T细胞、树突状细胞和B细胞的减少，以及癌症相关成纤维细胞的增加。甲基化分析表明，CPT2表达的异常降低可能是由于过度甲基化引起的。SGMS1-AS1/microRNA-106a-5p/CPT2网络的构建和验证揭示了结肠癌中乳酸积累的潜在机制，并为结肠癌的治疗提供了新的思路[7]。

综上所述，Sgms1基因在细胞膜的形成和功能、细胞内囊泡运输、胆固醇代谢、细胞增殖和凋亡等过程中发挥重要作用。Sgms1基因的转录物具有多样性，包括具有不同5'UTR片段的mRNA亚型和环状RNA。环状RNA可能在脑组织中发挥重要的功能。Sgms1基因的表达受到不同启动子的调控，并表现出组织特异性。此外，Sgms1基因在肺癌、食管癌和结肠癌中的表达存在差异。这些研究结果有助于深入理解Sgms1基因的功能和其在癌症发展中的作用，并为相关疾病的治疗和预防提供新的思路和策略。