Cnga3-KO 基因敲除小鼠

CNGA3基因编码的是视锥细胞中环核苷酸门控离子通道的主要亚基，是视锥细胞光信号传导的关键组成部分。该基因的突变会导致多种视网膜疾病，其中最常见的是色盲和色觉异常，如色觉缺失症（achromatopsia，ACHM）和视锥细胞营养不良或视锥-视杆细胞营养不良。CNGA3基因的突变会导致环核苷酸门控离子通道功能异常，进而影响视锥细胞的信号传导和功能，导致视力下降、色觉缺失和光敏感等症状。

根据Solaki等人的研究，在1060例经遗传确认的ACHM患者中，有385例（36.3%）携带CNGA3基因中的“很可能致病”变异。他们通过对这些患者的基因数据进行分析，并结合文献和公共数据库中的信息，扩展了CNGA3基因的变异谱，总共发现了316种变异，其中244种被解释为“很可能致病”变异，这些变异包括错义突变、无义突变和剪接变异。此外，他们还报告了48种新的“很可能致病”变异，其中24种是错义突变，这突显了这类突变在CNGA3变异谱中的主导作用。此外，他们还进行了广泛的计算机分析，并总结了先前分析的错义、无义和剪接变异的报道功能数据，以进一步推进对已识别变异的致病性评估[1]。

Sun和Zhang的研究表明，CNGA3基因突变不仅是色觉缺失症和视锥细胞营养不良或视锥-视杆细胞营养不良的最常见原因之一，而且也是各种视网膜病变中最常见突变的基因之一。了解CNGA3相关视网膜疾病的临床特征可能有助于相关疾病婴幼儿或儿童的诊疗实践。认识到CNGA3在遗传性视网膜疾病中的重要性可能会促进相关研究，以寻找CNGA3缺陷的功能恢复或修复方法[2]。

Hassall等人探讨了色盲的基因治疗。色觉缺失症是一种罕见的先天性视力丧失，是由于视锥细胞光感受器功能异常导致的。CNGA3、CNGB3、GNAT2、PDE6H、PDE6C或ATF6的常染色体隐性突变是最常见的致病原因。在动物模型中，Cnga3、Cngb3和Gnat2已经被AAV基因治疗所挽救，显示出部分恢复了视锥细胞电生理学和在反射和行为的视觉测试中的新光视觉整合。目前，在美国、英国和德国正在进行三项色觉缺失症的基因治疗I/II期临床试验。他们还展示了使用rAAV.CBA.CNGA3载体挽救Cnga3-/-小鼠模型的新数据。他们认为，色觉缺失症的基因治疗需要早期在儿童中进行才能有效[3]。

Michalakis等人的研究指出，色觉缺失症（ACHM）是一种常染色体隐性遗传性视网膜疾病，影响视网膜的视锥细胞，这些细胞负责高清晰度日光视觉。ACHM是由六个视锥细胞表达基因中的致病性变异引起的。这些突变导致视锥细胞功能丧失和缓慢进行性退化。视锥细胞功能丧失在出生或儿童早期就表现出来，导致视力下降、色觉缺失、对光的异常不耐受（畏光）和快速不自主的眼球运动（眼球震颤）。高达90%的ACHM患者携带CNGA3或CNGB3基因的突变，这些基因分别编码视锥细胞环核苷酸门控（CNG）通道的α和β亚基。目前尚无针对ACHM的授权疗法，但过去十年来的研究活动已经加强，并导致了几项在ACHM动物模型中显示功能形态改善的基因治疗研究。这些令人鼓舞的预临床数据有助于推进CNGA3和CNGB3相关ACHM的多个基因治疗项目进入临床阶段。他们提供了ACHM的遗传和分子基础概述，总结了与基因治疗相关的研究活动，并对其临床应用进行了展望[4]。

Feketa等人的研究指出，大多数哺乳动物将体温维持在约37°C，而冬眠动物在没有触发产热反应的情况下，体温可以接近0°C。哺乳动物体温调节系统的显著可塑性使哺乳动物能够在多变的环境条件下茁壮成长，并占据广泛的地理栖息地，但体温调节的分子基础仍然知之甚少。他们利用小鼠和冬眠十三线地松鼠（Ictidomys tridecemlineatus）之间体温调节的差异，研究了下丘脑视前区（POA）中冷敏感性的机制，这是体温调节的关键区域。他们报告称，与松鼠相比，小鼠POA中冷敏感神经元的比例更大。他们进一步证明，小鼠冷敏感神经元表达环核苷酸门控离子通道CNGA3，而小鼠，而不是松鼠的CNGA3被冷刺激增强。他们的数据揭示了CNGA3作为下丘脑冷感受器和一个分子标记，用于探索体温调节的神经回路[5]。

Georgiou等人的研究回顾了遗传性视网膜疾病（IRD）的表型分型和基因分型，包括黄斑变性、视锥细胞和视锥-视杆细胞营养不良、视杆细胞-视锥细胞营养不良、Leber先天性黑朦和视锥细胞功能障碍综合征的分子遗传学、临床和影像学特征以及治疗前景/完成的试验。他们指出，遗传性视网膜疾病是工作年龄人群和儿童失明的主要原因。他们以全面而简洁的方式介绍了以下内容：(i)黄斑变性（Stargardt病（ABCA4）、X连锁视网膜劈裂症（RS1）、Best病（BEST1）、PRPH2相关图案营养不良、Sorsby眼底营养不良（TIMP3）和常染色体显性白内障（EFEMP1）），(ii)视锥细胞和视锥-视杆细胞营养不良（GUCA1A、PRPH2、ABCA4、KCNV2和RPGR），(iii)主要视杆细胞或视杆细胞-视锥细胞营养不良（视网膜色素变性、增强S-锥体综合征（NR2E3）、Bietti结晶性角膜视网膜营养不良（CYP4V2）），(iv)Leber先天性黑朦/早期严重视网膜营养不良（GUCY2D、CEP290、CRB1、RDH12、RPE65、TULP1、AIPL1和NMNAT1），(v)视锥细胞功能障碍综合征（色觉缺失症（CNGA3、CNGB3、PDE6C、PDE6H、GNAT2、ATF6）、X连锁色觉缺失伴近视和二色性（博恩霍尔姆眼病；OPN1LW/OPN1MW阵列）、寡锥三色性和蓝锥单色性（OPN1LW/OPN1MW阵列））。虽然他们使用上述经典的表型分组，但IRD的一个关键特征是它具有巨大的异质性和可变表达性，上述许多基因与一系列表型相关[6]。

Pavlou等人的研究开发了新型工程rAAV载体，通过较少侵入性的玻璃体内给药有效地靶向光感受器。他们使用了一种独特的体内选择程序，其中AAV2基础肽展示库被静脉注射到小鼠中，然后在仅24小时后从目标细胞中分离病毒DNA。这种严格的筛选产生了新的载体，称为AAV2.GL和AAV2.NN，它们在玻璃体内注射后在小鼠、狗和非人类灵长类动物中实现了广泛和高水平的视网膜转导。重要的是，这两种载体在人类视网膜外植体培养物中有效地转导光感受器。作为概念验证，使用AAV2.GL的玻璃体内Cnga3递送导致Cnga3蛋白的视锥细胞特异性表达，并挽救了Cnga3-/-小鼠模型中的光视觉视锥细胞反应。这些新型rAAV载体扩展了基因治疗盲人视网膜营养不良的临床适用性[7]。

Solaki等人的研究建立了一种中等通量的水母素基于的发光生物测定法，通过在细胞培养系统中量化CNGA3通道介导的钙流入来评估突变CNGA3通道的功能，从而能够进行美国医学遗传学和基因组学/分子病理学协会（ACMG/AMP）基于的变异重新分类。他们提供了150种尚未表征的CNGA3错义替代的功能读数，其中55种之前被归类为意义不明的变异（VUS），确定25种为功能正常，125种为功能异常。这些数据使得52/55 VUS能够根据ACMG/AMP标准重新分类为良性、可能良性或可能致病，达到94.5%的VUS重新分类率。他们的水母素基于的生物测定法允许对150种CNGA3错义变异进行功能确保的临床变异解释，从而支持和保证受CNGA3相关色觉缺失症影响的患者进行分子诊断，并确定有资格参加未来基因治疗试验的患者[8]。

Heine等人的研究表明，大量证据表明一氧化氮（NO）和cGMP参与炎症性疼痛途径中的中枢敏化。他们研究了脊髓中环核苷酸门控（CNG）通道的分布，并将CNG通道亚基CNGA3鉴定为疼痛处理中潜在的cGMP靶点。原位杂交显示，CNGA3定位于脊髓背角的抑制性神经元，而在背根神经节中的分布仅限于非神经元细胞。CNGA3在足部炎症后小鼠脊髓背角和背根神经节中表达上调。CNGA3缺失（CNGA3(-/-)）小鼠在炎症性疼痛模型中表现出增强的疼痛行为，而它们在急性或神经性疼痛模型中的行为正常。此外，CNGA3(-/-)小鼠在鞘内注射cGMP类似物或NO供体后，表现出由cGMP/NO信号通路介导的疼痛超敏反应。他们的结果表明，CNGA3以抑制性方式参与炎症性疼痛期间疼痛途径的中枢敏化，作为NO/cGMP信号通路的一个靶点[9]。

综上所述，CNGA3基因在视锥细胞光信号传导中起着重要作用，其突变与多种视网膜疾病相关。CNGA3基因突变导致环核苷酸门控离子通道功能异常，进而影响视锥细胞的信号传导和功能，导致视力下降、色觉缺失和光敏感等症状。研究CNGA3基因的变异谱和功能，对于了解视网膜疾病的发病机制、诊断和基因治疗具有重要意义。此外，CNGA3基因还在其他生物学过程中发挥作用，如体温调节和疼痛处理。因此，CNGA3基因的研究对于深入理解生物学功能和疾病发生机制，为疾病的治疗和预防提供新的思路和策略具有重要意义。