Igf1-KO 基因敲除小鼠

IGF1，即胰岛素样生长因子1基因，是生长和代谢调控中的关键分子。IGF1的低分泌与儿童时期的生长受限以及成年后的脂质代谢紊乱、心血管疾病和糖尿病有关。IGF1基因的P2启动子高度甲基化，导致小婴儿和儿童的IGF1分泌水平较低。研究表明，IGF1基因在早产儿中的表观遗传激活发生在妊娠32周之前，并且这种激活的基因可能在此时间点后受到抑制。IGF1基因的表观遗传调控可能对预防成人疾病和早产儿在新生儿重症监护室的营养管理提供新的见解[1]。

IGF1基因包含高度保守的序列，包含六个外显子，通过多个转录起始位点和选择性剪接产生异质性的mRNA转录本。这些转录本编码不同的IGF-I前体多肽，包括人类中的IGF-IEa、IGF-IEb和IGF-IEc亚型，这些亚型也经历翻译后修饰，如蛋白水解加工和糖基化。IGF-I通过与其细胞膜受体结合发挥作用，负责受体结合的生物活性成熟IGF-I肽是在前IGF-I亚型翻译后切割并去除其羧基末端E肽（即Ea、Eb和Ec）后产生的。不同IGF-I亚型或其E肽具有不同的生物活性，表明除了IGF-I配体外，其他IGF-I肽也具有生物活性，并且IGF-I亚型可能通过共同和独特或互补的途径促进生物学效应。IGF-I衍生的多种肽及其在各种条件和病理状况下的不同转录本表达似乎与对不同IGF-I肽观察到的不同细胞反应以及IGF-I生物活性可能具有复杂性和可能亚型特异性的概念相一致[2]。

猪IGF1基因编码的胰岛素样生长因子1（IGF1）在动物生长调控中至关重要，是一种由B、C、A和D区组成的单链球形蛋白，其中C区参与维持与IGF1受体（IGF1R）的高亲和力结合。研究发现，大型猪和小型猪之间存在显著的IGF1表达差异，并且仅在IGF1基因编码序列的C区筛选到一个同义SNP（c.258G>A）。该研究通过构建包含A等位基因和G等位基因的表达载体，并通过qRT-PCR和Western印迹法测定两组的表达水平，然后分别在放线菌酮和环己酰亚胺的抑制下进行mRNA和蛋白质稳定性测定。最后，通过免疫共沉淀和双重免疫荧光标记方法测定了IGF1-G和IGF1-A与IGF1R的结合亲和力，并检测了两种基因型IGF1的构象差异。结果表明，IGF1-G在转录和翻译水平上的表达均高于IGF1-A，而IGF1-G的mRNA和蛋白质稳定性低于IGF1-A（P<0.05）。此外，GG基因型IGF1与IGF1R的相对结合亲和力显著高于AA基因型IGF1（P<0.05），并且两种基因型的IGF1存在构象差异。这些发现表明，同义突变改变了IGF1基因的表达，并初步证实了同义突变影响了IGF1的折叠以及与IGF1R的相互作用[3]。

IGF1基因多态性与帕金森病（PD）的发病机制有关。一项病例对照研究在汉族人群中发现，rs972936-CC基因型频率与PD风险增加显著相关（p=0.009），尤其是在男性（p=0.024）和晚发型患者（p=0.013）中。此外，新发、未治疗的PD患者的血清IGF1水平显著高于对照组（p=0.036），尽管它们与PD患者的运动功能障碍不相关（p=0.220）。这项研究显示，rs972936多态性可能增加汉族人群患PD的易感性，尤其是在男性和晚发型患者中。此外，高血清IGF1水平可能是汉族人群PD的潜在诊断生物标志物，尽管它们与更严重的运动功能障碍不相关[4]。

IGF1基因与癌症的发生和发展有关。生长激素（GH）-胰岛素样生长因子-1（IGF1）内分泌轴与癌症发生有关。然而，大多数临床和流行病学研究报告显示，GH治疗与增加癌症风险之间没有因果关系。因此，普遍认为GH治疗是一种安全的药理干预措施。GH和IGF1不符合致癌因子的定义。即使在高药理剂量下，这些激素也无法诱导恶性转化。然而，GH-IGF1轴能够推动已经转化的细胞通过细胞周期的各个阶段。病毒和细胞癌基因需要完整的IGF1信号通路才能引发转化；换句话说，致癌因子采用IGF1通路。这种癌基因的普遍作用机制在肿瘤学中具有广泛的影响。本综述深入分析了GH-IGF1轴与癌症基因之间的相互作用，包括肿瘤抑制因子p53和BRCA1。最后，GH治疗在儿童和成人中的安全性需要进一步长期随访研究[5]。

IGF1基因3'-非翻译区（3'-UTR）多态性与癌症风险有关。一项荟萃分析评估了IGF1基因3'-UTR多态性（rs5742714、rs6214和rs6220）与癌症风险之间的关系。结果显示，rs5742714、rs6214和rs6220与总体癌症风险之间没有显著相关性。然而，在分层分析中，发现rs6214与乳腺癌风险显著降低相关，以及与胰腺癌风险显著降低相关。此外，rs6220与乳腺癌风险显著增加相关。该荟萃分析调查并回顾了基于现有流行病学研究IGF1基因3'-UTR多态性（rs5742714、rs6214和rs6220）与癌症风险之间的关系。需要进一步的研究来得出更精确的结论[6]。

肝脏特异性可及的Igf1基因增强子不受生长激素信号传导的影响。肝脏是血清IGF-1的主要合成场所，其中GH通过转录因子信号转导和激活转录因子（Stat）5b刺激Igf1基因转录。研究发现，尽管其他典型组织特异性基因的启动子在特定组织中开放，但Igf1主要启动子在所有三种组织中均开放，尽管在肝脏中开放程度略高。相反，Igf1 Stat5结合域的染色质可及性主要局限于肝脏，表明增强子驱动组织表达存在广泛差异。此外，Ghrhr(lit/lit)小鼠的研究表明，GH的先前暴露并非建立这些域的开放染色质所必需。最后，甲醛相关分离调节元件的人肝样品的染色质可及性确认Igf1启动子1开放，但意外的是，同源的Stat5结合基序不可及。研究得出结论，GH刺激的肝脏Igf1基因转录利用了建立于GH信号传导独立的组织特异性表观遗传调控机制[7]。

IGF1基因多态性与遗传性非息肉性结直肠癌（HNPCC）的风险相关。HNPCC是一种由DNA错配修复（MMR）基因的种系突变引起的常染色体显性遗传病。IGF-Ⅰ参与结直肠癌的发生，并且升高的血浆IGF-Ⅰ水平与散发性结直肠癌（CRC）的风险相关。研究发现，携带CA(<或=17)重复等位基因的患者与所有其他人相比，CRC风险显著增加（HR=2.36；95% CI=1.28至4.36；P=0.006），并且发病年龄更早（44岁对56.5岁；P=0.023）。这些发现表明，较短的IGF1 CA重复长度与HNPCC中CRC风险增加之间存在显著的统计学关联。这是据我们所知，首次报道IGF1基因型变异与遗传性癌症风险相关[8]。

IGF1基因多态性与非酒精性脂肪肝疾病（NAFLD）的风险相关。NAFLD是一种新兴的全球性慢性肝病，包括从单纯性脂肪变性到非酒精性脂肪性肝炎、纤维化、肝硬化和肝细胞癌的广泛疾病谱。考虑到NAFLD与胰岛素抵抗的强烈关联，以及IGF1在IR中的重要作用，研究者假设IGF1基因多态性可能与NAFLD相关。研究发现，IGF1 rs5742612 CC基因型与NAFLD患者的分布显著高于对照组，差异在调整了年龄和体重指数等混杂因素后仍然显著（P=0.011，OR=2.71，95%CI=1.16-5.85）。这是首次发现IGF1 rs5742612 CC基因型与NAFLD风险增加相关[9]。

IGF1基因启动子区域的功能性变异与鸡腹脂沉积相关。IGF1在细胞生长、增殖、分化和凋亡的调控中发挥重要作用。研究发现，IGF1基因在14种组织中广泛表达，并且在脂肪肉鸡的腹脂和空肠中的mRNA表达水平显著高于瘦肉肉鸡，而在胰腺中观察到相反的结果。报告基因检测发现，A等位基因的启动子荧光素酶活性显著高于C等位基因（P<0.05）。此外，A等位基因被转录因子AP1和OCT1促进的荧光素酶活性也高于C等位基因（P<0.05）。电泳迁移率测定结果表明，A等位基因与转录因子AP1和OCT1的结合能力强于C等位基因。研究结果表明，IGF1基因c.-366A > C是一个功能性SNP，负责鸡脂肪沉积[10]。

综上所述，IGF1基因在生长和代谢调控中发挥关键作用，其表达和功能受到复杂的遗传和表观遗传机制的调控。IGF1基因的多态性和表达水平与多种疾病的风险相关，包括生长受限、帕金森病、癌症和脂肪肝。IGF1基因的表观遗传调控和组织特异性表达机制为理解其生物学功能和疾病发生机制提供了重要线索。未来的研究可以进一步探讨IGF1基因在疾病发展中的作用机制，以及其作为疾病诊断和治疗靶点的潜在价值。