Il2rg-KO 基因敲除小鼠

Il2rg基因，也称为IL-2受体γ链基因，编码白细胞介素2受体（IL-2R）的γ链，这是一个细胞因子受体家族的成员，包括IL-2、IL-4、IL-7、IL-9、IL-15和IL-21的受体。γ链是这些受体共同使用的信号传导亚单位，对于这些细胞因子的信号传导至关重要。Il2rg基因位于X染色体上，其突变会导致X连锁严重联合免疫缺陷症（X-SCID），这是一种严重的原发性免疫缺陷病，患者缺乏正常的T细胞、B细胞和自然杀伤细胞功能，导致反复感染和免疫系统的其他问题。

在基因治疗领域，Il2rg基因是一个重要的靶点，因为通过纠正Il2rg基因的突变可以恢复患者的免疫系统功能。例如，体外逆转录病毒介导的基因治疗已被证明可以纠正由γc缺陷（SCID X1）和腺苷脱氨酶（ADA）缺陷引起的T细胞免疫缺陷。然而，早期的基因治疗尝试与插入突变引起白血病有关，因为病毒增强子诱导了原癌基因的转激活。去除这个元素并使用启动子代替，导致了更安全的但仍然有效的基因治疗。进一步的研究表明，通过有限的祖细胞集合（<1000个）可以生成完全多样化的T细胞库。基因转移技术的进一步进展，包括使用慢病毒载体，已经在治疗Wiskott-Aldrich综合征方面取得了成功，而进一步的用途仍在等待中。基因编辑突变的基因可能被设想为治疗SCID疾病的一种替代策略[1]。

Il2rg基因编码的γ链是IL-7受体的一部分，IL-7是一种对淋巴细胞的发育和稳态生存至关重要的细胞因子。IL-7受体的另一个链是IL-7Rα（IL-7R）。IL-7受体的信号传导途径主要包括JAK1、JAK3到STAT5，以及通过非经典STAT3、STAT1、PI3K/AKT和MEK/ERK途径。IL-7对于幼稚胸腺细胞、幼稚T细胞、记忆T细胞、前B细胞和固有淋巴细胞的存活是必需的。在疾病中，IL-7途径的缺陷在人类和小鼠中会导致由于淋巴细胞减少而引起的严重联合免疫缺陷。在疾病中，IL-7途径的过度信号传导在人类中与多种自身免疫综合征相关，包括多发性硬化症、1型糖尿病、类风湿性关节炎、肉芽肿病、特应性皮炎和哮喘[2]。

一些研究报道了新的Il2rg基因突变导致原发性联合免疫缺陷疾病（CID）的病例。例如，一个10岁的男孩被诊断为由于新的Il2rg基因突变引起的CID，表现为长期的咳嗽、发热和支气管扩张。免疫学评估揭示了免疫球蛋白水平和T细胞分布的异常，表明潜在的免疫缺陷。全外显子测序检测到一个复合杂合错义突变c.420A>T（p.R140S）在Il2rg基因中，与CID相关。这个病例报告不仅增加了我们对CID的理解，而且为CID的遗传景观提供了新的补充，有助于临床实践中这类疾病的早期诊断和治疗[3]。

另一个研究报道了一对同卵双胞胎中的一个4个月大的男孩，他由于Il2rg基因中一个新的突变而患有T-B+NK-严重联合免疫缺陷（SCID）。这个患者表现出反复的胃肠道感染，而他的双胞胎兄弟没有免疫缺陷症状。为了评估这个未报告的变异对蛋白质结构的影响，进行了结构建模过程，显示蛋白质特征发生了显著的生化改变，包括分子量、等电点和可能的二级和三级结构的变化[4]。

另一个研究报道了一个4个月大的男婴，由于Il2rg基因中一个新的致病性突变而患有X-SCID，并伴有广泛播散的卡介苗（BCG）病。这个患者表现出皮下硬结、发热、未愈合的BCG疫苗接种部位和肝脾肿大。全外显子和Sanger测序揭示了一个新的微小缺失插入突变（c.316_318delinsGTGAT p.Leu106ValfsTer42）在Il2rg基因中，导致编码蛋白的氨基酸序列发生罕见的移位。这个孩子被诊断为由于Il2rg基因中的新突变引起的X-SCID，并伴有系统性广泛播散的BCG病。尽管接受了全身性抗感染治疗和四天的住院治疗，但患者在出院后三天死亡。据我们所知，这种特定的Il2rg突变尚未被报道过。在我们的系统性回顾中，我们概述了全身性抗结核治疗、造血干细胞移植和基因治疗在由Il2rg基因突变引起的SCID和BCG病患儿中的疗效[5]。

在基因治疗方面，一种新的方法使用腺相关病毒（AAV）载体将嵌合抗原受体（CAR）基因传递到宿主体内，以生成CAR T细胞。在人类T细胞白血病的小鼠模型中，AAV产生了足够的具有抗肿瘤免疫特征的CAR细胞，导致肿瘤消退。这种在体内即时生成的CAR T细胞可能会绕过患者淋巴耗竭和传统CAR T细胞生产的β过程，这可能会使CAR治疗更简单、更便宜，并允许开发复杂的、个性化的治疗形式[6]。

另一个研究使用人类脑器官样体开发了胶质瘤的癌症模型，该模型允许直接观察肿瘤的发生以及连续的显微镜观察。使用CRISPR/Cas9技术将HRasG12V-IRES-tdTomato结构通过同源重组靶向TP53位点。结果显示，转化细胞迅速变得具有侵袭性，并破坏周围的器官样体结构，最终覆盖整个器官样体。器官样体中的肿瘤细胞可以异位移植到免疫缺陷的NOD/SCID Il2rg-/-动物中，表现出侵袭性表型。器官样体生成的假肿瘤细胞表现出与间充质亚型人类胶质母细胞瘤一致的基因表达谱。研究还表明，人类器官样体衍生的肿瘤细胞系或来自人类患者的原代胶质母细胞瘤细胞系可以移植到人类脑器官样体中，以建立侵袭性肿瘤样结构。这些结果表明，器官样体可以作为一种平台来测试人类癌症表型，这些表型复制了恶性肿瘤的关键方面[7]。

另一个研究报道了Il2rg基因靶向的严重联合免疫缺陷猪。猪的严重联合免疫缺陷（SCID）模型有望促进人类癌症研究、组织人源化以进行异种移植以及评估干细胞用于临床治疗的模型，但尚未描述SCID猪。研究人员报道了猪SCID模型的生成和初步评估。含有X连锁白细胞介素-2受体γ链基因Il2rg靶向破坏的成纤维细胞被用作供体细胞，通过连续核转移产生克隆猪。Il2rg缺失的种系传递产生了健康的Il2rg(+/-)雌性，而Il2rg(-/Y)雄性是无胸腺的，表现出明显受损的免疫球蛋白和T细胞和NK细胞产生，充分复制了人类SCID。在异种移植后，供体细胞在Il2rg(-/Y)杂合子中稳定整合，并重建了Il2rg(-/Y)淋巴谱系。描述的SCID猪代表了向全面评估临床前细胞再生策略迈出的一步[8]。

另一个研究使用腺相关病毒（AAV）基因编辑载体在X-SCID小鼠的Il2rg基因中插入部分Il2rg cDNA，而无需使用位点特异性核酸酶。这些体外编辑的细胞可以重新定植移植受体，并产生CD4+和CD8+ T细胞。循环编辑的淋巴细胞随时间增加，并出现在二级移植受体中，表明长期再殖细胞中成功进行了编辑。随机载体整合事件几乎无法检测到，并且未观察到移植细胞的恶性转化。在人类造血细胞中也观察到相似的编辑频率。这些结果表明，在缺乏特异性核酸酶的情况下，通过AAV载体可以实现治疗相关的HSC基因编辑，这表明这可能是一种安全有效的治疗方法，适用于在体内选择可以增加编辑细胞数量的造血性疾病[9]。

另一个研究报道了一种高保真Cas9突变体，当作为核糖核蛋白复合物传递时，可以在人类造血干细胞和祖细胞（HSPC）中有效地进行基因编辑。与使用治疗相关的核糖核蛋白（RNP）传递方法相比，现有的合理设计的Cas9高保真变体在使用治疗相关的核糖核蛋白（RNP）传递方法时，靶点活性降低。因此，研究人员设计了一种无偏见的细菌筛选方法，以分离在RNP格式中保持活性的变体。在Cas9（高保真（HiFi）Cas9）中引入单个点突变p.R691A，保留了Cas9的高靶点活性，同时减少了非靶点编辑。HiFi Cas9在五个治疗相关的位点（HBB、IL2RG、CCR5、HEXB和TRAC）中诱导了AAV6介导的基因靶向，这些位点在人类CD34+ HSPC以及来自SCD患者的原代T细胞中。研究还表明，HiFi Cas9介导了在来自SCD患者的HSPC中高水平的纠正导致SCD的p.E6V突变。HiFi Cas9有望在基础科学和治疗基因组编辑应用中广泛使用[10]。

综上所述，Il2rg基因编码的γ链是IL-2R的一部分，对于多种细胞因子的信号传导至关重要。Il2rg基因的突变会导致严重的免疫缺陷疾病，如X-SCID。基因治疗和基因编辑技术为治疗这些疾病提供了新的希望。这些研究不仅加深了我们对Il2rg基因及其在免疫系统和疾病中作用的理解，而且还为开发新的治疗方法提供了基础。随着基因编辑技术的进步，未来可能会有更多的治疗方法来帮助患有Il2rg基因突变的患者。