Enpp1-flox 基因敲除小鼠

ENPP1（ecto-nucleotide pyrophosphatase/phosphodiesterase）是一种细胞外核苷酸酶，参与多种生理过程中的不同嘌呤核苷酸的分解。在多种实体肿瘤的局部复发和转移中，ENPP1常常过度表达，与预后不良和生存率低相关。ENPP1通过调节ATP/腺苷（Ado）平衡，与CD38、CD39/ENTPD1和CD73/NT5E等其他成分共同作用，促进免疫抑制性肿瘤微环境（TME）的形成。此外，ENPP1与干扰素基因刺激因子（STING）相互作用，通过水解效应子2´,3´-环状GMP-AMP，损害其强大的免疫反应。因此，ENPP1的阻断成为了一种独特的靶点，可以诱导免疫重塑并利用STING通路。一些ENPP1抑制剂已经显示出免疫刺激作用，并且与其他治疗方式（如免疫检查点阻断、STING激活、DNA损伤反应（DDR）抑制剂和放疗（RT））的结合，代表了一种提高抗肿瘤免疫反应并改善多种肿瘤当前临床结果的很有前途的方法[1]。

ENPP1编码ENPP1，是一种细胞外核苷酸酶，催化ATP水解成AMP和无机焦磷酸（PPi），是一种内源性血浆蛋白，生理上防止结缔组织的异位钙化。ENPP1的突变与一系列人类遗传性疾病相关。在该突变更新中，对与三种常染色体隐性遗传病（婴儿期全身性动脉钙化（GACI）、常染色体隐性低磷血症佝偻病2型（ARHR2）和弹性假黄瘤（PXE））以及一种以常染色体显性为主的疾病（Cole病）相关的所有致病性变异、可能致病性变异和意义不明的变异进行了全面回顾。所有变异的分类是根据最新的ACMG指南确定的。共整理了140个ENPP1变异，包括133个先前报道的变异和7个新变异，其中错义变异最为常见（70.0%，98/140）。虽然致病性变异广泛分布于患者的ENPP1基因中，没有明显的基因型-表型相关性，但与Cole病相关的9个变异中有8个局限于对ENPP1蛋白同源二聚化至关重要的类生长激素-B样（SMB）结构域[2]。

胰岛素抵抗在普通人群的发病率和死亡率中起着重要作用。了解胰岛素抵抗的分子机制有助于在无症状阶段识别高风险个体，并发现新颖且更有效的治疗方法。跨膜糖蛋白细胞外核苷酸焦磷酸酶磷酸二酯酶1（ENPP1）抑制胰岛素受体信号传导，最近被认为是胰岛素抵抗发展中的关键参与者。该综述将总结ENPP1与胰岛素抵抗之间关系的数据。在胰岛素靶组织中过度表达ENPP1是人类胰岛素抵抗的早期、内在缺陷。最近描述了一种错义ENPP1单核苷酸多态性K121Q，Q121变异比K121对胰岛素受体功能的抑制作用更强。此外，Q121变异已反复与胰岛素抵抗和相关异常（包括体重变化、2型糖尿病和大血管并发症）相关联，从而表明ENPP1基因在多种代谢异常中具有多效性作用。深入了解ENPP1的作用方式以及调节其表达和功能的机制可能会为早期识别和治疗有胰岛素抵抗相关严重临床结果风险的患者提供新的工具[3]。

ENPP1在许多癌症中的表达与不良预后相关，并且先前发现ENPP1是细胞外cGAMP的主要水解酶：一种由癌细胞产生的免疫传递分子，激活抗癌干扰素基因刺激因子（STING）通路。然而，ENPP1具有其他催化活性，并且其致瘤作用的分子和细胞机制尚不清楚。在这里，使用单细胞RNA-seq，我们发现ENPP1在癌症和正常组织中通过减弱细胞外2'3'-环状-GMP-AMP（cGAMP）-STING介导的抗肿瘤免疫，促进原发性乳腺癌的生长和转移。ENPP1在癌细胞和正常组织中的功能丧失减缓了原发性肿瘤的生长并消除了转移。选择性消除ENPP1的cGAMP水解活性，以STING依赖的方式复制了ENPP1敲除，证明了恢复旁分泌cGAMP-STING信号传导是ENPP1抑制的主要抗癌机制。最后，乳腺癌中ENPP1的表达确定性地预测了患者在接受帕博利珠单抗（抗-PD-1）治疗和手术后的无远处转移生存情况。总的来说，ENPP1阻断代表了一种利用癌细胞产生的细胞外cGAMP来控制局部激活STING的策略，因此是治疗乳腺癌的有希望的治疗方法[4]。

为了逃避免疫监视，肿瘤细胞在其膜表面表达细胞外核苷酸焦磷酸酶磷酸二酯酶1（ENPP1），降解细胞外环状GMP-AMP（cGAMP），从而抑制环状GMP-AMP合酶（cGAS）刺激干扰素基因（STING）DNA感应通路。为了充分理解这种肿瘤隐形机制，确定肿瘤微环境中是否存在具有水解cGAMP活性的其他形式的ENPP1，以调节这种先天免疫通路至关重要。在这里，报告了各种肿瘤来源的外泌体携带ENPP1，可以水解合成的2'3'-cGAMP和细胞产生的内源性2'3'-cGAMP，以抑制免疫细胞中的cGAS-STING通路。此外，肿瘤外泌体ENPP1还可以水解与LL-37（一种有效的2'3'-cGAMP转运蛋白）结合的2'3'-cGAMP，以抑制STING信号传导。此外，从人乳腺和肺癌组织中分离的外泌体中观察到ENPP1的高表达，肿瘤外泌体ENPP1抑制了CD8+ T细胞和CD4+ T细胞的免疫浸润。结果阐明了肿瘤外泌体ENPP1在cGAS-STING通路中的重要作用，进一步了解了肿瘤细胞和免疫系统之间的串扰[5]。

血管在骨生成和骨质疏松症中发挥作用；然而，血管代谢在这些过程中的作用尚不清楚。本研究发现，卵巢切除小鼠的骨中血管密度降低，内皮糖酵解调节剂丙酮酸激酶M2（PKM2）的表达降低。内皮细胞（EC）特异性删除Pkm2损害了小鼠的骨生成并加重了骨质疏松症。这归因于骨间充质干细胞（BMSCs）分化成成骨细胞的受损能力。机制上，EC特异性删除Pkm2降低了ECs分泌的血清乳酸盐水平，这影响了BMSCs中的组蛋白乳酸化。使用联合CUT&Tag和RNA测序分析，胶原蛋白I α2链（COL1A2）、软骨寡聚基质蛋白（COMP）、细胞外核苷酸焦磷酸酶/磷酸二酯酶1（ENPP1）和转录因子7样2（TCF7L2）作为由组蛋白H3K18la乳酸化调节的成骨基因被鉴定出来。ECs中PKM2的过表达、乳酸盐的添加和运动恢复了内皮PKM2缺陷小鼠的表型。此外，血清代谢组学表明，骨质疏松症患者的乳酸盐水平相对较低。此外，在骨质疏松症患者中，BMSCs的组蛋白乳酸化和相关成骨基因下调。总之，ECs中的糖酵解通过组蛋白乳酸化促进BMSCs分化成成骨细胞，运动部分通过增加血清乳酸盐水平来改善骨质疏松症[6]。

根据国际糖尿病联合会，被诊断为糖尿病（DM）的成年人（20-79岁）的数量从2009年的2.85亿增加到2019年的4.63亿，其中95%为2型DM患者（T2DM）。研究表明，遗传易感性可能是导致T2DM并发症的因素之一。此外，T2DM并发症导致死亡率逐渐升高。因此，本文旨在讨论T2DM的一些并发症及其遗传关联。本文讨论的并发症包括糖尿病肾病（DN）、糖尿病诱导的心血管疾病、糖尿病神经病变、糖尿病足溃疡（DFU）和阿尔茨海默病（AD）。根据所获得的信息，与DN相关的基因是GABRR1和ELMO1，它们导致肾小球损伤。基因FRMD3、CARS和MYO16/IRS2的复制被发现与DN有关。基因THBS2、NGAL、PIP、TRAF6多态性、编码rs5498多态性的ICAM-1和C667T的增加增加了T2DM患者患DN的易感性。与心血管疾病相关的基因是脂肪细胞因子基因（ACRP30）和载脂蛋白E（APOE）多态性基因，带有ξ2等位基因。Haptoglobin（Hp）1-1基因型和线粒体超氧化物歧化酶2（SOD2）在心血管事件中发挥作用。至于与糖尿病神经病变相关的基因，Janus激酶（JAK）、SCN9A和TRPA1基因的突变以及miRNA的破坏导致T2DM患者糖尿病神经病变的发病机制。发现细胞因子IL-6、IL-10和miR-146a导致糖尿病神经病变。此外，A1a16Va1基因多态性，氧化应激影响，被发现是T2DM和AD遗传倾向之间显著关联的基因因素之一。糖尿病视网膜病变（DR）被认为与单核细胞趋化蛋白-1（MCP-1）和胰岛素样生长因子1（IGF1）相关。过表达基因ENPP1、IL-6促炎细胞因子、ARHGAP22蛋白rs3844492多态性和TLR4杂合子基因型导致引起DR的显著病理生理过程，而研究发现UCP1基因水平的增加保护视网膜细胞免受氧化应激。DFU表现为角质形成细胞再上皮化减慢、伤口炎症持续和愈合受损。再上皮化紊乱是由E2F3基因引起的，Tacl基因编码的P物质减少导致持续炎症，而MmP-9多态性的表达导致愈合受损。HIF-1a基因表达的降低增加了发病机制的风险，而TLR2的下调增加了DFU患者伤口的严重程度。SNPs等位基因已被证明与T2DM和AD的遗传倾向之间存在显著的关联。AD的进展可能是由于CLOCK基因DNA甲基化的改变，随后APOE4基因因T2DM患者中的血脂异常而恶化AD。胰岛素抵抗也是AD发病机制的一个因素[7]。

多种癌症免疫疗法，包括嵌合抗原受体T细胞和免疫检查点抑制剂（ICIs），已成功开发用于治疗各种癌症，通过激发适应性抗肿瘤免疫。特别是，检查点阻断方法已经取得了巨大的临床成功，如美国食品药品监督管理局（FDA）批准的抗程序性死亡受体1/配体1或抗细胞毒性T淋巴细胞相关蛋白4抗体。然而，由于肿瘤免疫原性差，大多数癌症对这些ICIs的临床反应率较低。事实上，环状鸟苷酸单磷酸-腺苷酸单磷酸合酶-刺激干扰素基因-TANK结合激酶1（cGAS-STING-TBK1）轴现在被认为是不同物种中先天免疫反应的主要信号通路。该通路的异常信号传导与多种疾病密切相关，包括自身炎症、病毒感染和癌症。在此观点中，我们提供了针对cGAS-STING-TBK1信号通路的小分子调节剂最新进展的更新回顾，以及它们作为新的免疫刺激疗法的临床前和临床应用。同时，还讨论了临床候选药物、局限性和挑战，以及该领域的未来方向。此外，还讨论了针对该信号轴的小分子抑制剂及其用于各种适应症的可能治疗用途[8]。

常染色体隐性低磷血症佝偻病2型（ARHR2）是一种罕见的遗传性佝偻病形式，其特征是由于ectonucleotide pyrophosphatase/phosphodiesterase 1（ENPP1）基因中的功能丧失变异导致的骨矿物质形成缺陷和肾磷酸盐浪费。尽管ENPP1的致病性变异已被发现表现为其他表型，包括动脉钙化、听力丧失、后纵韧带骨化或弹性假黄瘤，但迄今为止，关于ARHR2患者的系统性检查报道甚少。在这里，我们报告了一例ARHR2患者，具有ENPP1的双等位基因致病性变异，患者26个月大时出现严重的膝内翻步态异常。为了调查佝偻病的遗传原因，进行了靶向基因面板测序，并在ENPP1中鉴定了一个同合子无义变异，c.783C>G（p.Tyr261*）。患者接受了口服磷酸盐和活性维生素D补充剂的治疗，并接受了矫正截骨术治疗膝内翻畸形。他的表型仅限于佝偻病。需要对ARHR2患者进行定期的系统性评估，以确定任何共病，因为ENPP1变异可能表现为除了佝偻病以外的表型，并且症状可能随时间而演变或改变[9]。

外泌体在肿瘤的发生和发展中发挥着重要作用，如肝细胞癌（LIHC）。然而，外泌体相关分子在LIHC中的作用和机制仍不清楚。在这里，我们研究了外泌体相关基因ENPP1在LIHC中的作用。来自多个数据库的全面生物信息学分析表明，ENPP1在LIHC组织中显著下调。ENPP1下调的患者预后较差。免疫组化（IHC）进一步证实了LIHC组织中ENPP1下调。此外，还探索了ENPP1的共表达网络，以了解其在潜在信号通路中的作用，包括脂肪酸降解和PPAR信号通路。同时，GSEA分析表明ENPP1在LIHC发病机制中脂质代谢相关信号通路中的潜在作用，包括脂肪酸代谢、脂肪酸合成等。最后，免疫学分析表明，ENPP1也可能涉及多种免疫相关特征，包括免疫抑制剂、免疫刺激剂和趋化因子。总的来说，这些发现可以增强我们对ENPP1在LIHC发病机制和免疫反应中的理解，并为临床治疗中ENPP1相关免疫治疗提供一个新的靶点[10]。

综上所述，ENPP1是一种重要的细胞外核苷酸酶，参与多种生理过程中的不同嘌呤核苷酸的分解。ENPP1在多种肿瘤中过度表达，与预后不良和生存率低相关，并通过调节ATP/腺苷平衡，促进免疫抑制性肿瘤微环境（TME）的形成。ENPP1与干扰素基因刺激因子（STING）相互作用，通过水解效应子2´,3´-环状GMP-AMP，损害其强大的免疫反应。此外，ENPP1的突变与一系列人类遗传性疾病相关，包括婴儿期全身性动脉钙化（GACI）、常染色体隐性低磷血症佝偻病2型（ARHR2）和弹性假黄瘤（PXE）以及Cole病。ENPP1的过度表达也与胰岛素抵抗相关，可能导致2型糖尿病和多种代谢异常。ENPP1的阻断被认为是治疗多种肿瘤的一种有希望的方法，因为它可以诱导免疫重塑并利用STING通路。因此，ENPP1是一个值得进一步研究的治疗靶点，有望为多种疾病的治疗和预防提供新的思路和策略。