Hspb7-flox 基因敲除小鼠

Hspb7基因，也称为心脏血管热休克蛋白（cvHsp），是人体小热休克蛋白家族的一员。它仅在胰岛素依赖性组织中表达，包括心脏、骨骼肌和脂肪组织，其表达受多种因素调控。Hspb7基因的单核苷酸多态性（SNP）与心血管疾病和肥胖相关。Hspb7具有一个独特的N末端序列、一个保守的α-晶状体结构域以及一个非常短的C末端结构域，缺少保守的IPV三肽，该三肽在小热休克蛋白寡聚体形成中起作用。尽管如此，Hspb7在分离状态下可以形成小寡聚体（可能是二聚体）和非常大的寡聚体（聚集体）[1]。Hspb7在抑制模型蛋白的无定形聚集方面无效，但这些蛋白是由加热或二硫键的减少引起的。然而，Hspb7在预防富含Gln残基的亨廷顿片段聚集方面非常有效。Hspb7可以作为亲电试剂的有效传感器。该蛋白与收缩和细胞骨架蛋白（细丝蛋白C、细丝蛋白和肌动蛋白）相互作用，并参与保护收缩装置和细胞骨架免受不同不利条件的影响。Hspb7具有肿瘤抑制作用。进一步的研究需要了解Hspb7参与众多生物学过程的分子机制[1]。

Hspb7基因在热耐受途径中起着重要作用。在印度水牛中，Hspb7基因发生了一个错义突变，该突变可能与热耐受性相关。通过聚合酶链反应（PCR）和DNA测序方法，研究了该突变在774个属于32个中国本地牛品种的个体中的等位基因频率。结果显示，该基因的NC_037329.1:g.136054902 C>G突变在本地中国牛品种中的等位基因分布存在显著的地理差异，即C等位基因在北方牛群中占优势，而G等位基因在南方印度水牛群中占优势。此外，关联分析表明，G等位基因与年平均温度（T）、相对湿度（RH）和温度湿度指数（THI）显著相关（p<0.01），表明携带G等位基因的牛分布在高T、RH和THI的地区。这些结果表明，中国印度水牛中Hspb7基因的突变可能与热耐受性相关[2]。

Hspb7基因在骨髓间充质干细胞（BMSCs）的成骨和脂肪生成分化中发挥着相反的调节作用。通过qPCR和Western blot分析评估了Hspb7基因在BMSCs的成骨和脂肪生成分化过程中的表达。利用慢病毒介导的Hspb7敲低或过表达及其缺失结构来评估其功能。通过免疫荧光染色检查细胞骨架的组织。在成骨细胞或脂肪细胞分化过程中，进行了ALP活性、钙测定、茜素红S染色和油红O染色。使用SB431542和Activin A抗体来确定Activin A在BMSCs成骨分化调节中的作用机制。研究表明，Hspb7能够相反地调节BMSCs的成骨和脂肪生成分化。Hspb7沉默促进了脂肪生成，同时降低了成骨分化和矿化。相反，Hspb7的过表达显著增强了成骨，但对脂肪生成分化没有影响。N末端或C末端结构域的缺失导致成骨能力下降和矿化减少。机制上，数据表明Activin A是Hspb7敲低介导的成骨抑制的下游靶点。这些发现表明，Hspb7在驱动成骨分化方面发挥着积极作用，并具有维持成骨-脂肪生成平衡的能力。它有望成为治疗骨代谢疾病的潜在治疗靶点[3]。

Hspb7是一种心脏保护性伴侣蛋白，促进肌节蛋白稳态。小热休克蛋白是具有不同作用机制的伴侣蛋白。尽管Hspb7作为心脏家族成员已被通过全基因组关联研究（GWAS）确定为潜在的心肌病风险基因，但其功能尚不清楚。研究发现，斑马鱼hspb7突变体表现出轻微的局灶性心肌纤维化和肌节异常。在成年hspb7突变体中，运动应激导致显著死亡率，表明遗传和环境相互作用决定了疾病结果。在心肌细胞中，Hspb7与大的肌节蛋白细丝蛋白C和细丝蛋白相互作用。受损的细丝蛋白C通过自噬途径进行自噬加工，以维持肌节稳态。斑马鱼或人心肌细胞中Hspb7的丢失刺激了自噬途径和编码Hspb5的姊妹基因的表达。抑制自噬导致HSPB7突变人心肌细胞中细丝蛋白C聚集，并导致hspb7突变斑马鱼胚胎发育性心肌病。这些研究突出了肌细胞中损伤加工网络的重要性，并揭示了Hspb7在此背景下的一个以前未被认识的作用[4]。

Hspb7基因的SNP与扩张型心肌病（DCM）和充血性心力衰竭（CHF）患者中的陈-斯呼吸（CSR）和中心睡眠呼吸暂停（CSA）相关。CSR-CSA在CHF患者中很常见。扩张型心肌病是一种具有强遗传背景的结构性心脏病，是CHF的主要病因之一。研究表明，HSPB7基因与DCM相关。本研究旨在探讨HSPB7基因的SNP在中国汉族人群中CSR-CSA和DCM引起的CHF的患病率。共纳入503名无关联的中国汉族受试者，包括283例DCM引起的CHF患者和220名健康对照。根据多导睡眠图参数，将CHF患者分为CSA-CHF组和非CSA-CHF组。通过实时定量PCR鉴定HSPB7基因的rs1739843 SNP。结果显示，35.8%的DCM引起的CHF患者存在CSR-CSA。比较显示，CSA-CHF组在HSPB7基因rs1739843 SNP的TT基因型和T等位基因频率显著高于非CSA-CHF组和对照组。CSA-CHF组和非CSA-CHF组或对照组的CC基因型分布没有显著差异。HSPB7基因rs1739843 SNP的突变可能与DCM引起的CHF和CSR-CSA患者在中国汉族人群中的发病机制有关。这一发现来自对HSPB7基因在DCM引起的CHF患者中CSR-CSA作用的基因搜索[5]。

Hspb7基因的SNP与肥胖和脂肪摄入的体格参数相关。热休克蛋白在分子水平上作为伴侣蛋白发挥作用，因此它们已在许多与氧化应激相关的疾病中得到研究，包括肥胖。本研究旨在调查HSPB7基因3'-非翻译区（3'-UTR）的遗传变异（rs1048261）与体格和饮食参数之间的可能关联。共纳入708名中欧高加索人，包括415名肥胖受试者和293名非肥胖受试者。使用常规PCR方法建立了rs1048261基因型。结果显示，AT和TT基因型受试者之间的总每日脂肪摄入量存在显著差异（82.6±29.2 g vs. 74.1±31.3 g，p=0.023），AA和TT基因型受试者之间的饮食中脂肪比例也呈临界显著差异（36.0±4.4% vs. 33.3±5.9%，p=0.061）。基于线性回归模型，我们发现rs1048261基因型与体脂百分比相关。据我们所知，这是第一项报道HSPB7基因特定遗传变异（rs1048261）与肥胖及其相关体格特征和饮食组成相关的研究[6]。

Hspb7基因的SNP与扩张型心肌病（DCM）风险相关。扩张型心肌病是一种具有强遗传背景的结构性心脏病。单基因形式的DCM在具有位于编码结构蛋白和肌节蛋白基因中的突变的家族中观察到。然而，有强有力的证据表明，遗传因素也影响特发性DCM的易感性。为了识别非家族性DCM的风险等位基因，我们进行了一项病例对照关联研究，使用50K人类心血管疾病芯片对来自德国的664例DCM患者和1874名基于人群的健康对照进行基因分型，该芯片覆盖了超过2000个预先选择的心血管相关基因。经过质量控制，通过性别调整的logistic回归测试了30,920个单核苷酸多态性（SNP）与疾病的相关性，结果进行了基因组控制校正。分析发现，HSPB7基因中的一个SNP（rs1739843，次要等位基因频率为39%）与特发性DCM显著相关（p=1.06×10⁻⁶，次要等位基因T的OR=0.67 [95% CI 0.57-0.79]）。另外三个SNP也显示出p<2.21×10⁻⁵。对这四个SNP进行了新的基因分型，并在三个独立的特发性DCM病例对照研究中进行了验证。所有复制样本中，SNP rs1739843与DCM的关联均显著：德国（n=564，n=981对照，p=2.07×10⁻³，次要等位基因T的OR=0.79 [95% CI 0.67-0.92]）、法国1（n=433例，n=395对照，p=3.73×10⁻³，次要等位基因T的OR=0.74 [95% CI 0.60-0.91]）和法国2（n=249例，n=380对照，p=2.26×10⁻⁴，次要等位基因T的OR=0.63 [95% CI 0.50-0.81]）。所有四个研究（共n=1910例，n=3630对照）的联合分析显示，rs1739843与特发性DCM之间存在高度显著的关联（p=5.28×10⁻¹³，OR=0.72 [95% CI 0.65-0.78]）。在复制阶段，另外三个SNP均未显示出显著结果。使用大型SNP面板进行的HSPB7基因的这一发现突出了常见多态性对DCM易感性的影响[8]。

Hspb7基因通过MEF2和AP-1进行调节，其与肌肉萎缩有关。Mycocyte增强因子2（MEF2）和激活蛋白1（AP-1）转录复合物已分别与肌生成相关，但它们的遗传相互作用尚未得到解决。使用MEF2A、c-Jun和Fra-1染色质免疫沉淀测序（ChIP-seq）数据以及预测的AP-1共识基序，我们鉴定了潜在的共同MEF2和AP-1靶基因，其中许多与调节肌动蛋白细胞骨架相关。由于肌肉萎缩导致肌动蛋白细胞骨架的重塑或降解，我们使用地塞米松（Dex）处理骨骼肌母细胞，在萎缩条件下表征了潜在的MEF2和AP-1靶基因（Dstn、Flnc、Hspb7、Lmod3和Plekhh2）的表达。地塞米松处理后，热休克蛋白b7（Hspb7）表达上调，进一步分析表明，使用siRNA敲除MEF2A可防止Dex调节的Hspb7诱导。相反，Fra-2或c-Jun的异位表达降低了Dex介导的Hspb7上调，而AP-1耗竭增强了Hspb7表达。在体内，萎缩条件下小鼠中Hspb7和其他自噬相关基因的表达上调。在体内，Hspb7水平的操纵也影响了总的肌肉质量。综合这些数据表明，MEF2和AP-1在骨骼肌中拮抗性调节Hspb7基因表达，这与自噬和肌肉萎缩有关[7]。

综上所述，Hspb7基因是一种重要的心脏保护性伴侣蛋白，参与调节肌节蛋白稳态。Hspb7基因的突变与心脏疾病、肥胖、热耐受性和肌肉萎缩等疾病的发生发展密切相关。此外，Hspb7基因的表达还与成骨和脂肪生成分化相关，表明其在骨代谢疾病中可能具有潜在的治疗价值。深入研究Hspb7基因的生物学功能和分子机制，有助于揭示其在各种疾病中的具体作用，为相关疾病的治疗和预防提供新的思路和策略。