Chrna5-KO 基因敲除小鼠

CHRNA5，也称为尼古丁乙酰胆碱受体α5亚基基因，是人类基因组中编码尼古丁乙酰胆碱受体α5亚基的基因。尼古丁乙酰胆碱受体（nAChRs）是一类存在于神经元和其他细胞上的离子通道，由五个跨膜亚基组成，可以调节神经递质的释放，影响神经元的活动和信号传导。CHRNA5编码的α5亚基是nAChRs的一个重要组成部分，与尼古丁依赖、吸烟行为和吸烟相关疾病的发生发展密切相关[1,2,3,4,5,6,7,8]。

全基因组关联研究（GWASs）发现，CHRNA5-CHRNA3-CHRNB4基因簇与吸烟严重程度和尼古丁依赖性存在关联[1]。这一基因簇编码的nAChR亚基在啮齿类动物中的解剖定位和功能研究表明，它们在调节个体吸烟行为和调整尼古丁摄入量方面具有重要作用。吸烟相关健康结果的GWASs也发现了CHRNA5-CHRNA3-CHRNB4基因簇中的信号，这为观察数据中因果推断的加强提供了依据。结合尼古丁依赖性和吸烟严重程度的遗传和机制研究可能会揭示药物开发的新靶点。经过验证的靶点可以指导吸烟 cessation和烟草相关疾病的遗传治疗干预[1]。

尼古丁是烟草烟雾中的主要强化成分，通过作用于脑内的神经元nAChRs发挥作用。nAChRs是一种变构调节的配体门控离子通道，由五个跨膜亚基组成。哺乳动物脑中主要的nAChR亚型是含有α4和β2亚基的α4β2* nAChRs，这些受体介导许多与尼古丁成瘾相关的行为，并且是当前批准的戒烟药物的主要靶点。CHRNA5-CHRNA3-CHRNB4基因簇编码的α5、α3和β4 nAChR亚基的遗传变异已被证明会增加对烟草依赖和吸烟相关疾病的易感性，包括肺癌。此外，在α5或β4亚基表达发生基因修饰的小鼠中，尼古丁消费模式也发生了显著变化。除了尼古丁的强化特性外，尼古丁对食欲、注意力和情绪的影响也被认为有助于烟草吸烟习惯的建立和维持[2]。

在15q25区域，CHRNA5/A3/B4基因簇的遗传多态性与肺癌风险增加相关。研究纳入了32篇出版物，共涉及52,795例肺癌患者和97,493例对照病例，以评估15q25区域CHRNA5/A3/B4基因簇中的多态性。荟萃分析数据显示，在存在遗传多态性（rs1051730、rs16969968、rs8034191）的情况下，肺癌风险显著增加。在吸烟亚组中，CHRNA3 rs1051730多态性被发现通过以下5种模型增加了肺癌风险：等位基因模型、纯合子模型、杂合子模型、优势模型和隐性模型。因此，rs1051730多态性可能会在吸烟条件下改变肺癌易感性。分层研究显示，CHRNA5-rs8034191的野生型基因型（C/C）在所有5种模型中均可能使高加索人群易患肺癌。CHRNA3 rs6495309或rs3743073与肺癌易感性之间没有显著关联。然而，亚洲人群中rs3743037 B等位基因的携带者比高加索人群具有更高的肺癌易感性，这通过等位基因、杂合子和优势模型观察到。15q25区域CHRNA5/A3/B4基因簇中的rs1051730、rs16969968和rs8034191三种多态性与肺癌风险相关，这可能会受到种族和吸烟状态的影响[3]。

CHRNA5基因变异会影响伏隔核（VTA）多巴胺能神经元在慢性尼古丁暴露和戒断期间的反应。尼古丁是烟草中的主要精神活性成分，通过作用于神经元nAChR驱动成瘾。CHRNA5基因编码α5亚基，与尼古丁使用和依赖相关。在人类中，CHRNA5错义变异rs16969968（G>A）与尼古丁依赖和其他吸烟相关表型的风险增加相关。在啮齿类动物中，α5亚基构成的nAChRs在VTA中的多巴胺（DA）神经元中强烈调节尼古丁奖励和强化。尽管长期尼古丁暴露引起的神经适应性正在通过突触和行为水平进行积极描述，但α5亚基构成的nAChRs对长期尼古丁暴露相关细胞适应性的贡献仍然很大程度上未知。为了深入了解α5亚基构成的nAChRs和rs16969968多态性对尼古丁使用和依赖的影响机制，研究人员使用电生理方法研究了在慢性尼古丁暴露和多个阶段的尼古丁戒断期间VTA神经元中nAChR功能的变化。结果表明，CHRNA5突变导致VTA nAChR功能在基线、慢性尼古丁暴露和短期及长期戒断期间发生深刻变化。与经历戒断的野生型小鼠相比，α5-null小鼠在尼古丁暴露期间nAChR功能增加，并且在5-10周的戒断期间持续存在。在α5-null VTA DA神经元中重新表达低功能的rs16969968 CHRNA5变异体并不能挽救表型，α5-SNP神经元在尼古丁暴露和戒断的早期阶段对ACh的响应也增加了。这些结果表明，VTA α5-nAChRs在尼古丁反应中起着重要作用，并参与戒断的时间过程[4]。

吸烟是一种慢性、复发性、对公共卫生有害的成瘾性特征。在许多已确定的与尼古丁依赖相关的遗传变异中，15号染色体上CHRNA5/A3/B4基因簇中编码α5、α3和β4亚基的基因变异最近受到了广泛关注。重要的是，这一基因簇中的变异与尼古丁成瘾相关。在这一簇中许多重要变异中，CHRNA5基因中的SNP rs16969968似乎是尼古丁成瘾中最有趣的因子。这种多态性导致α5烟碱受体蛋白序列398位点的天冬氨酸变为天冬酰胺。本研究旨在分析三种多态性变异：位于CHRNA5基因中的rs16969968，位于CHRNA3基因中的rs578776和rs1051730，在尼古丁成瘾者中，以及在对照中。本研究包括基因型和单倍型的关联分析。招募了401名志愿者进行研究，分为两组：研究组由吸烟成瘾者组成，对照组由200名未使用任何物质且健康的无关非吸烟者组成。CHRNA3基因rs1051730多态性的基因型频率在吸烟成瘾组中显著增加。T/T基因型在尼古丁依赖组中显著增加。rs16969968、rs578776和rs1051730的单倍型被区分开来，其中G-T-T和G-C-T单倍型仅存在于研究组中。随着频率的差异，G-T-T单倍型p=0.01284和G-C-T单倍型p=0.00775具有统计学意义。研究表明，虽然CHRNA3中存在非常低频率的变异，但新的G-T-T和G-C-T单倍型与尼古丁成瘾相关[5]。

腰椎间盘突出是一种慢性腰痛综合征，由腰椎间盘退行性变引起。CHRNA5/CHRNA3的基因变异与吸烟相关疾病存在强烈关联。本研究旨在检测CHRNA5/CHRNA3基因中单核苷酸多态性是否与腰椎间盘突出风险相关。通过聚合酶链反应-限制性片段长度多态性检测了380例腰椎间盘突出患者（病例组）和400名健康个体（对照组）的基因型频率分布。进行了等位基因、基因型和单倍型分析。结果表明，具有rs8040868 CT基因型的个体比具有rs8040868 TT基因型的个体患腰椎间盘突出的风险高0.46倍，在男性组中（OR=0.46，95% CI 0.25-0.84，p=0.012）。在女性中，rs8040868 CT+CC基因型在优势模型下仍然降低了腰椎间盘突出的风险（OR=0.50，95% CI 0.28-0.89，p=0.019）。单倍型分析表明，与CHRNA5 "TACAACCG"野生型相比，"TACACCCG"单倍型与腰椎间盘突出（LDH）风险降低相关（OR=0.79，95% CI 0.63-1.00，p=0.047），而在50岁以下的人群中，CHRNA5 "TACACCCG"增加了LDH的风险（OR=1.46，95% CI 1.01-2.13，p=0.047）。我们的数据表明，CHRNA5/CHRNA3的基因变异与腰椎间盘突出风险相关[6]。

全基因组研究表明，基因变异与不同行为存在关联。然而，对特定发现的复制和后续特征描述的需求日益增长。在这种情况下，CHRNA5基因与尼古丁（具有全基因组意义）、酒精和可卡因成瘾相关。到目前为止，该基因尚未在吸入（裂纹）可卡因中评估。本研究旨在分析CHRNA5变异对裂纹成瘾易感性和严重程度的影响。样本包括300名裂纹成瘾患者和769名非成瘾个体。评估的CHRNA5 SNP为rs588765、rs16969968和rs514743。rs16969968和rs588765主要等位基因的纯合子与裂纹成瘾的风险相关（GG，P=0.032；CC，P=0.036）。单倍型分析揭示了显著的关联（rs588765|rs16969968|rs514743 pglobal-corrected=7.66×10^-5），并表明rs16969968具有重要作用。这些发现证实了以前在可卡因成瘾中的报告，并与尼古丁成瘾易感性的显著GWAS发现相反。这些结果得到了关于rs588765与裂纹成瘾相关性的首次报告以及单倍型发现的加强。总之，我们的研究强调了α5亚基在裂纹可卡因成瘾中的重要性，复制了以前关于CHRNA5与不同药物成瘾的遗传学和病理生理学相关性的结果[7]。

香烟吸烟是全球范围内可预防死亡和发病的主要原因。烟草中存在许多化合物，但尼古丁是主要的成瘾性成分。尼古丁通过神经元nAChRs在脑中发挥生理和药理作用，这些受体是配体门控离子通道，由五个跨膜亚基组成，可以调节神经递质的释放，如多巴胺、谷氨酸和GABA，并在突触中介导快速信号传导。考虑到nAChR亚基的数量为12个，除了α4和β2亚基外，其他亚基也可能参与尼古丁成瘾。与这一假设一致，许多GWAS和后续基于候选基因的关联研究调查了与尼古丁依赖（ND）和吸烟相关表型相关的基因变异，揭示了15号染色体上的CHRNA5/A3/B4基因簇，该基因簇分别编码α5、α3和β4 nAChR亚基。这些研究展示了这一区域中的两组风险变异。第一组以CHRNA5第5外显子中的单核苷酸多态性（SNP）rs16969968为标志，该多态性将α5亚单位蛋白序列398位点的天冬氨酸残基变为天冬酰胺（D398N），并与CHRNA3中的紧密连锁SNP rs1051730相关。第二组是CHRNA3的3'-非翻译区（UTR）中的SNP rs578776，与rs16969968的低相关性。尽管这些关联背后的详细分子机制仍有待进一步阐明，但最近的发现表明，位于内侧缰核-脚间核（mHb-IPN）的α5*（其中"*"表示存在其他亚基）nAChRs参与了啮齿类动物中尼古丁自我给药的控制。α5* nAChR信号的破坏减弱了尼古丁对mHb-IPN通路的厌恶作用，从而允许更多的尼古丁消费。为了更好地理解这一区域中高度显著的遗传变异在控制吸烟相关行为方面的功能，本研究提供了关于CHRNA5/A3/B4基因簇及其在ND中的作用的研究进展的综述[8]。

尼古丁成瘾（NA）是一种常见且破坏性的疾病，预计到2020年，全球因烟草相关疾病导致的死亡人数将从2000年的500万增加到1000万。尼古丁是动物和人类会自我给予的唯一物质。NA作为一种终身诊断，已通过多种方法进行评估，包括每天吸烟量（CPD）的概念。对NA的其他评估方法更为全面，例如Fagerstrom尼古丁依赖测试或美国精神病学协会的《诊断和统计手册》（第四版）中尼古丁依赖的诊断。这些不同的评估方法之间具有中度一致性。双胞胎、家庭和收养研究已经表明，这些不同的NA评估方法具有相当大的遗传率（即风险归因于遗传因素的比例）。NA的遗传率估计为50-75%，具体取决于定义和研究人群。DNA相关研究已部分成功识别了一种常见的单倍型，该单倍型增加了欧洲血统人群的NA风险。这种单倍型解释了很小一部分的变异，占CPD的约1，并包括α5和α3烟碱受体亚单位基因（CHRNA5和CHRNA3）。本综述将重点关注这一相关区域。在这一风险区域中，欧洲血统人群中存在一个常见的错义单核苷酸多态性，位于CHRNA5基因中（D398N），该多态性将保守的氨基酸从天冬氨酸变为天冬酰胺。风险等位基因（398N）根据体外细胞研究，导致钙渗透性降低和更广泛的脱敏，这表明（α4β2）2α5型烟碱受体的正变构调节剂在NA中可能具有治疗潜力。除了错义变异外，这一区域还有其他对NA的遗传影响，需要进行额外的生物学实验来理解它们[9]。

CHRNA5/A3/B4基因位点与尼古丁依赖和其他吸烟相关疾病密切相关。结合对尼古丁依赖和吸烟行为的遗传和临床研究可能会为药物开发开辟新的途径。本研究的目的是调查CHRNA5基因中的功能错义突变。方法：使用Ensembl数据库收集人类CHRNA5基因的错义突变数据。使用计算工具SIFT（排序耐受性从耐受性）、PolyPhen（多态性表型分析）、PROVEAN（蛋白质变异效应分析器）、I-Mutant和MutPred来揭示研究基因中的致病突变。结果：在CHRNA5基因中报道的161个错义变异中，94个变异被发现具有高度致病性。此外，20个是致病的，4个不是致病的。结论：计算分析揭示了CHRNA5基因中的有害突变，这些突变可能与吸烟相关特征相关[10]。

综上所述，CHRNA5是一种重要的基因，编码尼古丁乙酰胆碱受体α5亚基，与尼古丁依赖、吸烟行为和吸烟相关疾病的发生发展密切相关。CHRNA5基因变异会影响尼古丁奖励和强化，并与吸烟易感性和吸烟相关疾病的风险增加相关。此外，CHRNA5基因变异还会影响尼古丁戒断期间的神经元反应，进一步揭示了其在尼古丁成瘾中的重要作用。CHRNA5基因的研究有助于深入理解尼古丁成瘾的分子机制，为开发针对吸烟和尼古丁依赖的治疗方法提供新的思路和策略。