Pygm-KO 基因敲除小鼠

PYGM基因，全称为肌糖原磷酸化酶基因，编码肌肉型糖原磷酸化酶（myophosphorylase），在肌肉中催化糖原分解的第一步，将葡萄糖-1-磷酸从糖原储存中释放出来。这一过程对于肌肉的能量供应至关重要。PYGM基因的突变会导致肌肉型糖原磷酸化酶的活性降低或缺失，进而引发McArdle病，这是一种常染色体隐性遗传的疾病。McArdle病的特点是肌肉代谢受损，表现为不同程度的运动不耐受，症状从无症状到严重生活受限不等。PYGM基因中已经发现了147个致病突变和39个多态性[1]。基因突变的热点区域位于第1和第17外显子，其中50%的描述性突变是错义突变。最常见的突变是c.148C>T（通常称为p.R50X），在大多数研究群体中最为常见。目前尚未发现基因型与表型之间的相关性，也未发现影响磷酸化Ser-15、280's环、吡哆醛5'-磷酸和核苷酸抑制结合位点的突变。新的敲入小鼠模型能够重现McArdle病的主要临床和分子特征。全球实验室已经建立了诊断患者的方法，这将缩短从症状出现到基因诊断的常见约20年的间隔时间[1]。

PYGM基因位于人类11号染色体上的11q13区域，与多种疾病相关，如多发性内分泌腺瘤病1型（MEN1）、胰岛素依赖性糖尿病、家族性副神经节瘤2型、脊髓小脑性共济失调5型、Bardet-Biedl综合征和B细胞非霍奇金淋巴瘤中的易位t(11;17)。该区域还包含其他与疾病相关的位点，包括PYGM基因和锌指蛋白（ZFM1）基因，以及新发现的GCK、HCDC25L、DMPKL和GCKNG基因[2]。

McArdle病是一种罕见的常染色体隐性条件，由PYGM基因突变引起。患者无法从肌肉糖原储存中获得能量，表现为明显的运动不耐受。目前，尚无治愈该疾病的方法，建议旨在预防和缓解症状。PYGM基因中发现的致病性变异具有很大的异质性，并且没有明显的基因型与表型之间的相关性。研究人员已经创建了第一个携带PYGM基因中第二常见突变的西班牙人群的iPSCs为基础的骨骼肌模型：NM_005609.4: c.2392T>C（p.Trp798Arg）。该模型将非常有价值，可用于未来的高通量药理学筛选[3]。

在黎巴嫩，关于遗传性神经肌肉疾病（NMD）的发生和频率的临床和分子数据非常稀少。一项回顾性研究基于黎巴嫩的临床咨询，对遗传性NMD进行了概述。在1999年至2019年期间，共有506名患者被诊断为62种不同的疾病，包括10类NMDs。在患者中发现了103个基因变异，其中81.4%的患者被诊断为运动神经元疾病和肌营养不良症，近一半的患者被诊断为脊髓性肌萎缩症（SMA）。估计黎巴嫩SMA的发病率为1/7,500。杜氏和贝克肌营养不良症是第二常见的NMDs，这些疾病与研究中发现的最高数量的变异相关。此外，还发现了肢带型肌营养不良症和夏科-马里病的高度异质性表现。最不常见的疾病（占5.5%的患者）涉及先天性、代谢性和线粒体肌病、先天性肌无力综合征和肌强直性营养不良症。该研究揭示了黎巴嫩NMDs的高发病率和报告不足的问题，呼吁建立区域性的NMD患者登记册[4]。

在78岁的高加索人患者中，PYGM基因突变以晚期发病的McArdle病和畸形足为特征。患者有2年的进行性畸形足病史，临床、放射学、组织学和基因检测结果显示，患者血清肌酸激酶水平中度升高，肌肉磁共振成像显示背部肌肉脂肪重塑，肌肉活检显示肌糖原磷酸化酶活性缺失，基因分析发现了PYGM基因中的已知早发McArdle病突变。这一病例表明，PYGM基因突变的临床谱通常在青春期出现，但也是晚期发病肌肉疾病的鉴别诊断，强调了在疾病中调查ACE抑制剂作用的重要性[5]。

研究人员分析了纯种马的PYGM基因的基因组结构和表达。PYGM基因在哺乳动物基因组中高度保守，在纯种马中广泛表达。在所有测试的组织中，纯种马的PYGM基因表达量最高，尤其是在骨骼肌组织中。与人类同源基因相比，纯种马的PYGM基因包含较少的可移动元素，导致基因序列的结构稳定性增加。这项研究为纯种马PYGM基因的基因组结构提供了见解，可能有助于未来研究其与运动能力的关系[6]。

在一名17岁男性患者中，PYGM基因的复合杂合突变与McArdle病相关。患者抱怨在短暂而剧烈的运动后出现肌肉痉挛和疼痛，并在开始有氧运动后几分钟内肌肉疲劳感明显改善。实验室测试显示血清肌酸激酶水平升高。基因测试显示，患者存在两个PYGM基因的复合杂合突变（p.R570Q和p.K754Nfs*49），从而确诊为McArdle病。目前，在人类基因突变数据库专业版2021.2中列出了183个PYGM基因突变，但这种新的复合杂合性尚未报道过[7]。

突触功能障碍是阿尔茨海默病（AD）的一个重要病理标志和影响因素。研究发现，PYGM在神经元中的下调损害了小鼠的突触可塑性和认知能力，而PYGM在神经元中的过表达则缓解了AD小鼠的突触功能障碍和认知缺陷。此外，PYGM直接调节神经元的能量生成。研究还表明，PYGM介导的神经元能量产生在突触功能中起着重要作用，并提供了基于LTP的策略来系统地识别生理和病理条件下调节突触可塑性的基因[8]。

研究人员报告了两个非相关患者，他们携带PYGM基因的新纯合突变，导致晚期发病的肢带型肌病、上睑下垂和畸形足。两名患者年龄分别为76岁和79岁，出现严重的上肢和下肢萎缩和无力，其中一名患者出现双侧上睑下垂，另一名患者出现畸形足。在这两名患者中，症状在两年前逐渐发展，没有运动不耐受的既往史。两位患者都表现出肌源性异常，肌肉活检显示多个糖原包涵体和无法检测到的肌肉肌糖原磷酸化酶活性，并发现了PYGM基因中的新纯合移码突变p.Lys42Profs*48。该报告扩大了McArdle病的表型和基因型，并建议在无运动不耐受既往史的晚期肌病患者中寻找PYGM突变[9]。

研究人员使用三种不同的细胞模型来评估不同读通剂（包括安美拉诺、Ataluren、RTC13和G418）在McArdle病中的效率。在所有评估的模型中，没有发现可检测水平的读通。通过对无义介导的mRNA降解干扰的潜在作用进行分析，发现PYGM p.R50X突变可能对读通诱导有潜在的作用[10]。

综上所述，PYGM基因编码的肌糖原磷酸化酶在肌肉的能量代谢中起着关键作用。PYGM基因突变会导致McArdle病，这是一种常染色体隐性遗传的疾病，其特点是肌肉代谢受损，表现为运动不耐受。PYGM基因突变具有高度的异质性，目前尚未发现基因型与表型之间的相关性。PYGM基因的研究对于深入了解糖原代谢和肌肉疾病的发病机制具有重要意义。