Ap4s1-KO 基因敲除小鼠

AP4S1，也称为σ4亚基的适配蛋白复合物4（AP-4）的编码基因，是一种重要的细胞器。AP-4是一个异源四聚体，包括两个大型亚基（α和β），一个中型亚基（μ），以及一个小型亚基（σ）。AP-4在细胞内负责将蛋白质从高尔基体运输到不同的细胞器，如溶酶体和内体。AP4S1编码的σ4亚基是AP-4复合物的一部分，它参与了选择性的蛋白质分拣和运输，这对于维持细胞内蛋白质稳态和细胞功能至关重要[1,2]。

AP4S1基因的突变会导致常染色体隐性遗传的痉挛性截瘫52型（SPG52），这是AP-4相关遗传性痉挛性截瘫（AP-4-HSP）的一种亚型。AP-4-HSP是一种复杂的神经遗传疾病，以进行性下肢痉挛性截瘫为特征。这种疾病目前缺乏有效的治疗方法，部分原因是缺乏合适的动物模型。使用CRISPR/Cas9技术，研究人员在斑马鱼中产生了ap4s1基因的截断突变。ap4s1截断导致运动障碍、神经发育延迟和远端轴突变性。这种动物模型对于进一步研究AP-4和AP-4-HSP非常有用[3]。

痉挛性截瘫（HSP）是一种以下肢无力和痉挛为主要症状的综合征。HSP有超过50种遗传类型，影响着不同种族的人，患病率估计在每10万人中有1.2至9.6人。症状可能在任何年龄开始。通常，蛋白质编码的HSP基因具有多种功能，包括轴突运输、内质网形态、线粒体功能、髓鞘形成、蛋白质折叠和ER应激反应、皮质脊髓束和其他神经发育、脂肪酸和磷脂代谢以及内体膜转运和囊泡形成。许多类型的HSP的动物模型（包括牛、小鼠、斑马鱼、果蝇和秀丽隐杆线虫）的存在允许探索疾病机制和潜在的治疗方法[4]。

AP4S1基因的丢失在斑马鱼中导致类似于SPG52的神经发育缺陷。使用下一代测序，研究人员在患有脑瘫的队列中发现了三名SPG52患者。在患者来源的成纤维细胞中，AP4S1中的发现变体导致AP-4复合物形成减少。为了进一步了解AP4S1在神经元发育和稳态中的作用，研究人员使用形态素介导的ap4s1敲低构建了第一个AP-4缺陷斑马鱼模型。在这个模型中，研究人员发现了几个类似于SPG52的表型，包括中枢神经系统发育改变、运动缺陷和异常神经元兴奋性[5]。

双等位基因的功能丧失变异导致编码AP-4亚单位的基因（AP4B1、AP4M1、AP4E1和AP4S1）的典型但尚未完全理解的儿童起病和复杂的遗传性痉挛性截瘫：SPG47（AP4B1）、SPG50（AP4M1）、SPG51（AP4E1）和SPG52（AP4S1）。研究人员报告了来自101个家庭的156名患者的详细横断面分析，包括临床、影像和分子数据。参与的患者来自不同的种族背景，涵盖了广泛的年龄范围（1.0-49.3岁）。虽然症状的平均起始年龄为0.8±0.6岁[标准差（SD），范围0.2-5.0]，但诊断的平均年龄为10.2±8.5岁（SD，范围0.1-46.3）。研究人员定义了一组核心特征：早期起病的发育迟缓，运动里程碑延迟，以及显著的言语延迟（50%无言语）；智力障碍在中度到重度范围内；婴儿期轻度肌张力减退，随后出现痉挛性双瘫（平均年龄：8.4±5.1岁，SD）和后来的四肢瘫痪（平均年龄：16.1±9.8岁，SD）；产后小头畸形（83%）；足部畸形（69%）；以及癫痫（66%），其中一部分难以控制。在最后一次随访时，36%的患者需要辅助才能行走（平均年龄：8.9±6.4岁，SD），54%的患者需要轮椅（平均年龄：13.4±9.8岁，SD）。在56%的患者中发现刻板笑声发作，可能与假性延髓性情感有关。神经影像学上的关键特征包括薄胼胝体（90%）、脑室扩大（65%），常伴有脑积水，以及室周白质信号异常（68%）。一部分患者中发现铁沉积和多微脑回。AP4B1相关的SPG47和AP4M1相关的SPG50占大多数病例。大约三分之二的患者出生时父母为近亲，82%的患者携带纯合子变异。超过70种独特的变异存在，其中大多数是移码或无义突变。为了跟踪整个年龄范围内的疾病进展，研究人员定义了疾病严重程度（通过几个评分量表测量）和疾病持续时间之间的关系。研究人员发现，大多数患者在3岁之前出现癫痫发作，这导致运动结果更差。通过探索基因型-表型相关性，研究人员发现，四种亚型的疾病严重程度和主要表型分布均匀，表明SPG47、SPG50、SPG51和SPG52共享一个共同表型，即“AP-4缺乏综合征”。通过描述整个年龄范围内AP-4相关遗传性痉挛性截瘫的临床、影像和分子特征，研究结果表明，这将有助于早期诊断，使受影响的家庭能够进行咨询和预期指导，并有助于定义未来干预试验的终点[6]。

双等位基因的AP4S1功能丧失变异会导致儿童起病的遗传性痉挛性截瘫。最近的一份报告提出，杂合的AP4S1变异会导致下肢痉挛和括约肌功能失调的综合征。研究人员对这些杂合的AP4S1变异的临床观察进行了批判性评估，这些变异包括14名男性和14名女性（平均年龄：37.6±94.9岁[SD]，范围：30-50岁）。在这些28名杂合子中，没有发现神经症状的增加。在评估具有杂合AP4S1变异和神经症状的患者时，应考虑其他原因，因为对致病性的误归因会影响临床护理和遗传咨询[7]。

综上所述，AP4S1基因编码σ4亚基，是AP-4复合物的一部分，参与选择性蛋白质分拣和运输。AP4S1基因的突变会导致遗传性痉挛性截瘫52型（SPG52），这是一种复杂的神经遗传疾病，以进行性下肢痉挛性截瘫为特征。SPG52的动物模型对于进一步研究AP-4和AP-4-HSP非常有用。AP-4-HSP是一种以下肢无力和痉挛为主要症状的综合征，具有超过50种遗传类型。AP4S1基因的丢失在斑马鱼中导致类似于SPG52的神经发育缺陷。双等位基因的功能丧失变异导致编码AP-4亚单位的基因的典型但尚未完全理解的儿童起病和复杂的遗传性痉挛性截瘫。双等位基因的AP4S1功能丧失变异会导致儿童起病的遗传性痉挛性截瘫。杂合的AP4S1变异不会导致神经症状的增加。