Xkr8-flox 基因敲除小鼠

Xkr8，也称为XK相关蛋白8，是一种在细胞凋亡过程中发挥重要作用的蛋白质。它具有10个跨膜结构域，主要功能是在细胞凋亡过程中促进磷脂酰丝氨酸（PtdSer）的外翻，这一过程对于细胞的清除和免疫系统的平衡至关重要[3,5]。Xkr8的功能不仅限于凋亡过程，它在内耳发育、视网膜细胞数量调节、肿瘤免疫微环境调控等方面也发挥着重要作用[1,4,6,7]。

Xkr8的突变与遗传性听觉神经病有关[1]。在一项研究中，研究人员通过对一个四代中国家族进行外显子测序，发现了一种新的Xkr8基因突变c.710G>A (p.W237X)，这种突变与家族成员中的听力损失现象相关。进一步的研究表明，Xkr8 mRNA和蛋白质在小鼠内耳中表达，主要在螺旋神经节神经元区域，并且这种无义突变影响了Xkr8在细胞表面的定位。构建的转基因突变小鼠表现出晚期发作的听觉神经病，证实了这种突变对内耳的损害作用[1]。

在肿瘤治疗领域，Xkr8的研究也取得了重要进展。研究发现，通过敲低Xkr8的表达可以增强化疗的效果[2]。Xkr8的敲低可以导致免疫原性细胞死亡，增强抗肿瘤免疫反应，并克服化疗免疫耐药性。在临床相关的异种移植模型中，Xkr8小干扰RNA（siRNA）与5-氟尿嘧啶（5-Fu）和奥沙利铂（FuOXP）前药偶联物的共递送，在胰腺肿瘤模型中表现出显著的疗效，增加了肿瘤微环境中增殖性NK细胞和活化巨噬细胞的浸润[2]。

Xkr8在PtdSer的外翻过程中与BSG和NPTN形成复合物，这一复合物在细胞凋亡过程中发挥着重要作用[3]。在BSG和NPTN基因缺陷的细胞中，Xkr8无法正确定位到细胞膜上，导致细胞凋亡过程中PtdSer无法正常外翻。突变分析显示，BSG的跨膜区中的非典型谷氨酸对于与Xkr8的关联至关重要。在细胞受到凋亡信号刺激时，Xkr8在C端被切割，形成Xkr8/BSG或Xkr8/NPTN的高阶复合物，这种复合物可能是一种异四聚体，由两个Xkr8分子和两个BSG或NPTN分子组成，以执行磷脂酰丝氨酸的外翻活动[3]。

Xkr8的活性受到磷酸化的调节。研究发现，Xkr8的磷酸化可以增强其在细胞凋亡过程中PtdSer外翻的能力[4]。Xkr8的磷酸化位点被鉴定为三个，这些位点的突变可以使Xkr8对激酶抑制剂产生抵抗性，从而在低温下促进PtdSer的外翻。此外，当翻转酶基因被删除时，Xkr8可以诱导在高温下持续性的PtdSer外翻，表明翻转酶活性通常抵消了Xkr8促进PtdSer外翻的能力[4]。

Xkr8的缺失会导致雄性小鼠的不育。在精子发生过程中，高达75%的生精细胞在睾丸中经历凋亡，并由Sertoli细胞清除。Xkr8是一种定位于质膜的蛋白质，在凋亡信号的作用下，它可以促进磷脂酰丝氨酸（PtdSer）的外翻。研究发现，Xkr8基因缺陷的雄性小鼠由于附睾中精子数量减少而表现出不育。在Xkr8基因缺陷的生精细胞中，凋亡信号无法诱导PtdSer的外翻。与PtdSer作为“吃我”信号假说一致，表达PtdSer受体的细胞可以有效地吞噬凋亡的野生型雄性生精细胞，但不能吞噬Xkr8基因缺陷的生精细胞。荧光和电子显微镜观察显示，Sertoli细胞携带被吞噬和退化的死细胞。然而，在Xkr8基因缺陷的睾丸和附睾中，存在许多未被吞噬的凋亡细胞和残留体，以及大量的细胞碎片。这些结果表明，Xkr8介导的PtdSer外翻对于Sertoli细胞清除凋亡的生精细胞至关重要[5]。

Xkr8在视网膜中调节双极细胞的数量。一项研究发现，Xkr8在视网膜中具有稳定的表达，并且与两种类型的双极细胞数量呈负相关。通过分析小鼠视网膜的全视网膜mRNA，发现Xkr8的表达与双极细胞的数量显著相关。进一步的研究表明，Xkr8的表达在B6/J和A/J两种小鼠品系之间存在差异，并且Xkr8的表达受到一个顺式表达的定量性状位点（cis-eQTL）的调控。此外，Xkr8基因的3'非编码区（3' UTR）中存在一个结构变异，可能破坏了mRNA的稳定性，而启动子中的两个单核苷酸多态性（SNP）创造了转录因子结合位点。这些结果表明，Xkr8通过其参与细胞死亡的过程，在视网膜中双极细胞数量的确定中发挥作用[6]。

Xkr8的缺乏会导致类似于狼疮的自体免疫疾病。在细胞凋亡过程中，细胞表面暴露磷脂酰丝氨酸（PtdSer）并被巨噬细胞识别和清除。Xkr8是一种依赖于caspase的磷脂酰丝氨酸外翻酶。研究发现，在三种具有caspase依赖性磷脂酰丝氨酸外翻酶活性的Xkr家族成员中，小鼠造血细胞只表达Xkr8。当Xkr8缺失时，凋亡的胸腺细胞、脾细胞和中性粒细胞的PtdSer暴露显著减少。野生型凋亡的淋巴细胞和中性粒细胞可以被表达Tim4和MerTK的吞噬细胞有效地吞噬，而Xkr8基因缺陷的凋亡细胞几乎不能被这些吞噬细胞吞噬。因此，Xkr8基因缺陷小鼠的胸腺和腹腔中凋亡的胸腺细胞和中性粒细胞的数量显著增加。Xkr8基因敲除小鼠在MRL背景下表现出高水平的自身抗体、脾肿大、效应CD4 T细胞水平升高以及肾小球肾炎的发展，肾小球中有免疫复合物的沉积。这些结果表明，Xkr8介导的PtdSer暴露在凋亡的淋巴细胞和衰老的中性粒细胞清除中至关重要，其缺陷会激活免疫系统，导致类似于狼疮的自体免疫疾病[7]。

在肌萎缩侧索硬化症（ALS）的研究中，Xkr8被发现与疾病的预后相关。一项研究发现，Xkr8的表达与ALS患者的生存预后相关。通过分析ALS患者的全血转录组特征和临床特征，发现Xkr8是85个预后相关的自身免疫相关基因之一。基于这些基因的表达，可以将ALS患者分为两个具有不同生物学特征、免疫特性和生存预后的自体免疫相关簇。Xkr8的表达与免疫细胞浸润和免疫反应呈显著负相关。这些结果表明，Xkr8的表达与ALS的免疫特征相关，并且可以作为ALS患者预后的独立预测因子[8]。

Xkr8与P2X7受体介导的磷脂酰丝氨酸外翻和细胞裂解有关。在T细胞中，高浓度的细胞外ATP通过结合P2X7受体，可以快速和可逆地诱导磷脂酰丝氨酸（PtdSer）的外翻，最终导致细胞坏死。研究发现，Xk和Vps13a是P2X7受体介导的磷脂酰丝氨酸外翻和细胞裂解的必需分子。Xk是一种存在于质膜的蛋白质，而Xkr8是Xk的旁系同源物，它作为一种磷脂酰丝氨酸外翻酶发挥作用。Vps13a是一种存在于细胞质中的脂质转运蛋白。研究发现，Xk和Vps13a在细胞膜上相互作用，并且形成复合物。在Xk或Vps13a基因突变的细胞中，P2X7受体介导的磷脂酰丝氨酸外翻、磷脂酰胆碱的内吞和细胞裂解被阻断。这些结果表明，Xk和Vps13a介导的磷脂酰丝氨酸外翻活动对于维持免疫系统和神经系统的稳态至关重要[9]。

综上所述，Xkr8是一种在细胞凋亡过程中发挥重要作用的蛋白质，它参与调控磷脂酰丝氨酸的外翻，影响细胞的清除和免疫系统的平衡。Xkr8的突变与遗传性听觉神经病、不育和类似于狼疮的自体免疫疾病相关。此外，Xkr8在视网膜中调节双极细胞的数量，并且在肿瘤治疗中具有重要的应用价值。Xkr8的研究有助于深入理解细胞凋亡、免疫系统功能和疾病发生机制，为疾病的治疗和预防提供新的思路和策略。