Sgce-flox 基因敲除小鼠

SGCE，也称为epsilon-sarcoglycan，是一个重要的基因，编码一种称为ε-肌聚糖的蛋白质。ε-肌聚糖是一种母系印记基因，在肌聚糖复合物中发挥作用，这是一种位于细胞膜上的蛋白质复合物，有助于维持肌肉细胞的稳定性和功能。SGCE基因的突变与多种疾病有关，包括肌阵挛-强直症（MD）、肌张力障碍和其他神经退行性疾病。

肌阵挛-强直症（MD）是一种罕见的儿童期发病的运动障碍，其特征是肌阵挛抽搐和局灶性或节段性肌张力障碍的结合。目前，SGCE基因编码的ε-肌聚糖的致病性变异是MD最常见的遗传原因。然而，ε-肌聚糖的确切作用以及导致MD的致病机制仍然未知。然而，已经报道了超过40种人类ε-肌聚糖的异构体，这表明这种蛋白质具有复杂的生物学特性。此外，其中一些是大脑特异性异构体，这可能表明ε-肌聚糖在大脑中发挥着重要作用。研究表明，SGCE可能在正常突触功能中发挥重要作用，其改变与MD密切相关[1]。

肌张力障碍加综合征是一组异质性疾病，其中肌张力障碍伴随其他神经学特征，并且经常可以检测到基因突变。目前，肌张力障碍加综合征包括以下疾病：多巴反应性肌张力障碍（DRD）是一种以儿童期发病为主的神经代谢性疾病，有两种不同的遗传方式：在其常染色体显性形式中，GTP-环水解酶I（GCH1，DYT5）的杂合突变导致DRD，具有低的外显率和良好的持续反应性。常染色体隐性（AR）形式的DRD是由酪氨酸羟化酶（TH）或黄素单核苷酸还原酶（SPR）基因的纯合或复合杂合突变引起的。在AR-DRD中，表型通常更为严重，包括认知障碍和发育迟缓。可以通过分析脑脊液蝶呤代谢物来确认诊断。或者，全面的基因检测可在高达80%的患者中发现致病突变。肌阵挛-强直症（M-D）是由epsilon-肌聚糖基因（SGCE）的杂合突变引起的。肌张力障碍通常只有轻微到中度，休息时很少发生“闪电般”的肌阵挛抽搐，并且可以由复杂的运动任务如书写和绘画触发。这两种特征以及25岁以下的发病年龄强烈预测M-D中存在SGCE突变，并将这种遗传疾病与其他“抽搐”肌张力障碍区分开来。肌张力障碍和帕金森病的组合很少见于非退行性综合征中。除了DRD之外，还有两种其他综合征已被归类。快速发作的肌张力障碍-帕金森症（RPD，DYT12）是一种罕见的疾病，症状在几分钟到几天内突然发作，有明显的球部受累和帕金森症，对左旋多巴没有反应。具有这种罕见表型的患者即使家族史为阴性，也应筛查ATP1A3基因的突变。最近，发现了一种新型肌张力障碍-帕金森症（DYT16），与PRKRA基因的突变有关，该基因与基底神经节疾病的关系尚不清楚[2]。

肌阵挛-强直症是一种儿童期发病的肌张力障碍疾病，具有运动和精神病性表型。它是少数几种常染色体显性遗传的肌张力障碍性疾病之一，由ε-肌聚糖（SGCE）基因突变引起。迄今为止，研究表明肌张力障碍是由神经元网络的破坏引起的，主要是基底神经节-小脑-丘脑-皮层回路。对皮质参与的研究主要集中在皮质中间神经元抑制活性的破坏上，而不是皮质锥体神经元的兴奋性活动。在这里，我们试图使用两种方法来检查兴奋性皮质谷氨酸能活性：一种是人类胚胎细胞系的CRISPR/Cas9编辑，产生SGCE复合杂合突变，以及三种来自患者的诱导多能干细胞系，每个基因编辑以产生匹配的野生型SGCE对照系。向皮质神经元表型分化表明，无论是早期（PAX6，FOXG1）还是晚期（CTIP2，TBR1）神经发育标志物，都没有显著差异。然而，使用Ca2+成像和微电极阵列方法进行的功能特征分析发现网络活性增加，而单细胞膜片钳研究发现在SGCE突变的情况下，动作电位产生的倾向更大，与更大的幅度和更短的半宽度相关。总RNA测序分析发现基因本体论富集与“神经元投射发育”、“突触信号传导”和“突触传递”相关。对树突形态学的检查发现SGCE突变与分支数量显著增加和分支长度更长相关，以及较长的离子通道密集的轴突起始段，特别是在分化后期（第80天和第100天）。对关键突触蛋白（突触素、突触素和PSD95），AMPA和NMDA受体亚基的基因表达和蛋白质定量发现，SGCE突变和匹配的野生型系之间没有显著差异。相比之下，突触连接分子表达发生了显著变化，即SGCE突变携带系中前突触neurexin-1水平更高，后突触neuroligin-4水平更低。我们的研究表明，在SGCE突变的情况下，皮质谷氨酸能神经细胞表现出增加的内源性兴奋性，同时具有更复杂的树突形态和突触连接分子的破坏。这些变化可能代表了肌阵挛-强直症中观察到的肌张力障碍临床表型发展的关键组成部分，以及肌张力障碍疾病更广泛范围内的一个中心特征，可能为未来的治疗开发提供目标[3]。

肌阵挛-强直症综合征（MDS）指的是一组异质的非退行性临床条件，其特征是肌阵挛和肌张力障碍作为唯一或主要症状的关联。MDS的“核心”是由常染色体显性遗传和低外显率的遗传肌阵挛-强直症（M-D），它从早期儿童时期开始，病程相对温和，肌阵挛是最突出和致残的症状。酒精反应性和精神症状是特征性特征。epsilon-肌聚糖基因（SGCE，DYT11）的突变是主要原因，但M-D在遗传上具有异质性。在M-D患者的一定比例中未发现突变，并且至少有一个其他位点（DYT15）与该疾病有关。具有原发性肌张力障碍的患者，无论是否有DYT1突变，都可能表现出与肌张力障碍相关的不规则和节律性抽搐。通常肌张力障碍是主要症状，肌阵挛抽搐涉及同一身体区域；目前将这种状况定义为“肌阵挛性肌张力障碍”，并包含在MDS的范围内。由于GTP-CH基因突变和维生素E缺乏引起的多巴反应性肌张力障碍，可以出现肌张力障碍和肌阵挛的表型；在患者的诊断方法中应考虑这两种情况，因为它们是潜在可治疗的[4]。

在这篇综述中，我们回顾了SGCE基因及其编码的ε-肌聚糖蛋白的研究进展。SGCE基因的突变与多种疾病有关，包括肌阵挛-强直症（MD）、肌张力障碍和其他神经退行性疾病。研究表明，SGCE可能在正常突触功能中发挥重要作用，其改变与MD密切相关。此外，SGCE的突变也与大脑中更复杂的树突形态和突触连接分子的破坏有关。这些发现可能为肌阵挛-强直症和其他肌张力障碍性疾病的治疗提供新的思路和策略[3]。

总之，SGCE基因及其编码的ε-肌聚糖蛋白在多种疾病中发挥重要作用。研究表明，SGCE可能在正常突触功能中发挥重要作用，其改变与MD密切相关。此外，SGCE的突变也与大脑中更复杂的树突形态和突触连接分子的破坏有关。这些发现可能为肌阵挛-强直症和其他肌张力障碍性疾病的治疗提供新的思路和策略。