Pax4-flox 基因敲除小鼠

Pax4基因编码的是一种配对盒转录因子，它在哺乳动物胰腺发育过程中发挥着重要作用。Pax4包含一个高度保守的DNA结合结构域，即配对结构域，以及一个同源结构域。Pax4蛋白在胚胎发育阶段对于形成胰岛素分泌的β细胞至关重要，缺乏Pax4活性会导致成熟胰岛素产生细胞（β细胞）的形成受阻[3]。Pax4在早期内分泌祖细胞中表达，对于细胞命运决定向胰岛素分泌的β细胞谱系至关重要。在动物模型中，Pax4基因的敲除会导致β细胞的缺失，并伴随α细胞的显著增加，通常在出生后几天内导致死亡[4]。在成年人中，Pax4的表达局限于β细胞的一个子集，这些细胞能够对代谢需求增加作出反应而增殖。Pax4表达的上调能够促进β细胞的生存和增殖。此外，在胰腺胰岛的α细胞或δ细胞中异位表达Pax4能够产生功能性的β样细胞，从而改善实验性糖尿病模型中的血糖调节。因此，Pax4是保护并再生β细胞以治疗糖尿病的一个有希望的靶点[4]。

Pax4基因的突变与人类糖尿病的发病机制相关。例如，Pax4基因中的c.487C>T突变导致MODY9（OMIM # 612225），这是一种罕见的年轻发病型糖尿病，具有广泛且不同的临床表型，需要不同的治疗策略[1]。此外，PAX4基因的缺失功能突变会增加2型糖尿病（T2D）的风险，通过改变人类胰腺内分泌细胞的发展来实现[6]。携带PAX4基因p.Arg192His变异的个体在东亚人群中表现出2型糖尿病的发病率升高。在携带PAX4 p.His192等位基因的个体中，与p.192Arg等位基因的纯合子相比，胰腺β细胞功能下降。在年轻发病型糖尿病患者的家系中，多个成员携带新发现的p.Tyr186X等位基因。在人β细胞模型EndoC-βH1中，PAX4敲低导致胰岛素分泌受损、总胰岛素含量减少以及激素基因表达的改变。在PAX4缺失的人诱导多能干细胞（hiPSC）来源的胰岛样细胞中，α细胞基因表达被去抑制。携带PAX4 p.His192和p.X186风险等位基因的hiPSCs在分化过程中表现出多激素内分泌细胞形成的增加和胰岛素含量的减少，这些变化可以通过基因校正来逆转。这些研究表明，PAX4在人类内分泌细胞发育、β细胞功能和T2D风险中的作用[6]。

Pax4基因传递已被证明能够提高胰岛移植的疗效。通过腺病毒载体Ad5.Pax4传递Pax4基因，可以提高小鼠和人胰岛的β细胞功能，通过促进胰岛细胞生存和α细胞向β细胞的转分化来实现。在T1D小鼠模型中，无论是小鼠到小鼠还是人到小鼠的胰岛移植，通过肾脏包膜或门静脉进行，Ad5.Pax4处理的供体胰岛都表现出显著更好的治疗效果。这些结果表明，将Pax4基因传递到供体胰岛中可能被认为是胰岛移植的一种辅助疗法，它可以提高使用相同数量供体胰岛的胰岛移植的治疗效果，或者允许使用更少的供体胰岛来实现正常血糖[2]。

Pax4基因传递也被证明可以改善2型糖尿病（T2D）人类胰岛的β细胞功能。将人PAX4 cDNA传递到来自T2D捐赠者的胰岛中，发现PAX4基因传递显著改善了β细胞存活，并增加了T2D胰岛中的β细胞组成。与未处理或对照处理的T2D人类胰岛相比，PAX4表达胰岛的基线胰岛素和葡萄糖刺激的胰岛素分泌显著更高。这些数据表明，PAX4基因传递到T2D人类胰岛中增强了β细胞质量和功能，因此可能在T2D治疗中提供治疗益处[5]。

此外，Pax4基因传递还被证明可以诱导α细胞向β细胞表型转换，从而为胰岛素缺乏型糖尿病的治疗带来益处。通过腺病毒载体Ad5.Pax4传递Pax4基因，能够在αTC1.9细胞中诱导胰岛素表达并减少胰高血糖素表达。更重要的是，这些细胞表现出葡萄糖刺激的胰岛素分泌，这是功能性β细胞的关键特征。当将Pax4处理的αTC1.9细胞注射到链脲佐菌素诱导的糖尿病小鼠中时，这些细胞显著降低了血糖，小鼠表现出更好的葡萄糖耐量，支持Pax4基因传递到αTC1.9细胞导致了功能性β细胞的形成。此外，用Ad5.Pax4处理原代人胰岛也显著提高了β细胞功能。检测到胰高血糖素(+)/Pax4(+)/胰岛素(+)细胞，这表明Pax4诱导了α细胞向β细胞的转变。通过对胰高血糖素和胰岛素双激素细胞的定量，发现Pax4处理的胰岛中这些细胞的比例显著高于对照组。最后，直接将Ad5.Pax4注射到胰岛素缺乏小鼠的胰腺中，可以缓解高血糖症。这些数据表明，操纵Pax4基因表达代表了治疗胰岛素缺乏型糖尿病的一种可行的治疗策略[7]。

总的来说，Pax4基因在胰腺β细胞的发育和功能中发挥着关键作用，其突变与糖尿病的发生发展密切相关。通过Pax4基因传递等方法，可以促进β细胞的存活和增殖，甚至诱导α细胞向β细胞表型转换，为糖尿病的治疗提供了新的思路和策略。