Pm20d1-KO 基因敲除小鼠

PM20D1，也称为Peptidase M20 domain containing 1，是一种重要的基因，其编码的蛋白质在多种生物学过程中发挥作用。PM20D1基因位于PARK16位点，与帕金森病（PD）有关。研究发现，PM20D1的表达与PD的风险相关，其催化多巴胺（DA）转化为N-花生四烯酰多巴胺（NADA），NADA可以与α-突触核蛋白（α-Syn）相互作用并抑制其聚集。此外，NADA还可以调节TRPV4介导的钙离子流入和下游磷酸酶，从而减轻α-Syn的磷酸化。在衰老过程中，PM20D1的表达会下降。在突触核蛋白病小鼠模型中，过表达PM20D1或给予NADA可以减轻α-Syn病理、多巴胺能神经退行性和运动障碍。这些发现支持PM20D1-NADA通路在PD中对抗α-Syn病理进展的保护作用[1]。

PM20D1在肥胖中也发挥重要作用。研究发现，PM20D1是小鼠脂肪中的一种候选产热酶，其表达受寒冷诱导，在棕色脂肪细胞中富集。噻唑烷二酮（TZD）抗糖尿病药物可以激活过氧化物酶体增殖物激活受体-γ（PPARγ）核受体，是脂肪细胞棕化的强效刺激剂，但未能诱导小鼠脂肪细胞中的Pm20d1表达。相比之下，PM20D1是人类脂肪细胞中TZD诱导的转录物之一，尽管不是所有个体的细胞。人类脂肪细胞中存在两个假定的PPARγ结合位点，位于基因转录起始位点（TSS）附近，而小鼠脂肪细胞中没有。人类脂肪细胞中，PPARγ的结合和基因的激活是通过上游重复位点发生的，这解释了物种之间的差异。此外，这个功能性的上游PPARγ位点在人群中存在遗传变异，其中一个SNP等位基因破坏了PPAR反应元件，导致PPARγ和TZDs的激活程度降低。除了这个决定PPARγ在脂肪细胞中调节PM20D1表达的上游变异外，TSS下游还存在不同的变异，这些变异对人类脂肪以及其他组织的PM20D1表达有强烈的影响。一个由7个紧密连锁的下游SNP等位基因组成的单倍型与非常低的PM20D1表达和TSS处的DNA高甲基化相关。这些PM20D1低表达变异可能导致该区域与肥胖以及神经退行性疾病相关的遗传关联[2]。

PM20D1还与肌肉质量和功能相关。一项Mendelian随机化研究显示，PM20D1与肌肉质量和功能有显著因果关系。BORCS7和UQCC1负向调节肌肉数量和质量，而增强PM20D1和NUCKS1的表达可以促进肌肉质量和功能。这些因果关系在敏感性分析中仍然稳健，并且UQCC1显示出显著的共定位效应。进一步验证和体内复制证实了这些基因与肌肉质量和功能之间的潜在因果关系。这项研究揭示了肌肉质量和功能相关性状的遗传决定因素，为这些基因成为缓解这种衰弱性状况的药物靶点铺平了道路[3]。

PM20D1还与阿尔茨海默病（AD）相关。研究发现，PM20D1的DNA甲基化、RNA表达和遗传背景与AD相关。通过遗传增加或减少PM20D1水平，可以减少或加剧AD相关的病理。此外，在APP/PS1小鼠模型和AD患者的样本中，SLC41A1和PM20D1的表达增加，但NUCKS1和RAB7L1的表达没有增加。然而，SLC41A1和PM20D1受到AD相关应激物的不同调节，只有PM20D1在细胞和原代培养中过表达时具有神经保护作用。这些发现强化了PM20D1是之前报道的PM20D1 QTL与AD相关的最可能基因的观点[4][5]。

PM20D1还与出生体重百分位数（BWC）相关。研究发现，PM20D1和MI886的甲基化水平可能由遗传决定。然而，FGFR2基因中三个CpG位点的甲基化与高BWC显著相关。这些发现表明FGFR2是BWC的一个新的生物学上合理的候选基因，值得进一步研究[6]。

PM20D1还与神经元的形态维持有关。研究发现，Kir6.2是ATP敏感钾（KATP）通道的孔形成亚基，调节代谢活性组织的功能，是多种疾病的理想治疗靶点。Kir6.2敲除小鼠的神经表型和神经行为学被评估，发现Kir6.2对维持中脑神经元的形态和控制小鼠的运动协调有有益作用。通过RNA测序（RNA-seq）分析了Kir6.2缺乏的神经学特征背后的机制。Pm20d1，编码PM20D1分泌酶的基因，在Kir6.2-/-小鼠的中脑中显著上调。进一步的研究证实，PM20D1诱导的循环脂肪酸和氨基酸的N-酰基氨基酸（N-AAAs）的增加促进了线粒体损伤和ATP生成减少，这介导了中脑神经元的形态缺陷，从而导致Kir6.2敲除小鼠的行为缺陷。这项研究首次证明了Kir6.2在维持神经元形态和运动协调控制中的作用，扩展了我们对Kir6.2/KATP通道在调节神经生理功能中的理解[7]。

PM20D1还与宫颈癌的分子异质性相关。研究发现，在宫颈癌患者中，胆碱代谢和Ras信号通路与西班牙和拉丁裔群体显著相关。在这些通路中，PIK3CA基因的突变，特别是E545K，与西班牙和拉丁裔群体显著相关。此外，AFF3基因突变仅在白人种族的宫颈癌病例中与其表达下调相关。在亚洲群体中，PM20D1基因S shore区域CpG位点的低甲基化与过表达相关。AFF3和PM20D1基因在不同种族群体中的分子谱异质性反映了宫颈癌的差异化靶向治疗潜力[8]。

PM20D1还与AD的纵向数据相关。研究发现，与正常对照组相比，轻度认知障碍（MCI）患者持续显示PM20D1基因位点启动子的低甲基化。这种启动子低甲基化在轻度至中度AD患者中更为突出。这与之前报道的晚期AD患者在海马和额叶皮层脑组织中该位点的过度甲基化形成鲜明对比。从纵向数据来看，我们发现MCI和早期AD期间PM20D1的初始启动子低甲基化最终会逆转为晚期AD的启动子过度甲基化，这有助于更完整地了解甲基化动态。这项研究证实了PM20D1是AD的mQTL，并表明它在疾病的不同阶段发挥着动态作用。进一步深入研究将有助于充分揭示其在AD演变中的作用，并可能探索其作为AD的血液生物标志物的用途[9]。

PM20D1还与肥胖相关。研究发现，miR-324-5p在高脂肪饮食（HFD）喂养的小鼠的附睾白色脂肪组织（eWAT）、腹股沟白色脂肪组织（iWAT）和棕色脂肪组织（BAT）中上调。在室温（RT）或热中性（TN）条件下，当尾静脉注射miR-324-5p反义核苷酸（anta-miR-324-5p）时，小鼠的脂肪质量和体重都显著降低。在TN条件下，这种抑制作用更为明显。在TN条件下，anta-miR-324-5p抑制了iWAT和BAT的重量。此外，PM20D1是miR-324-5p的直接靶基因。在原代iWAT细胞中，anta-miR-324-5p显著增加了PM20D1的表达，而miR-324-5p模拟物降低了PM20D1的表达。此外，anta-miR-324-5p明显增加了原代BAT和iWAT细胞的细胞耗氧量。这些发现表明，抑制miR-324-5p增加了PM20D1介导的脂肪消耗并减少了小鼠的体重，这表明miR-324-5p可能是对抗肥胖的新型治疗靶点[10]。

综上所述，PM20D1是一种重要的基因，其编码的蛋白质在多种生物学过程中发挥作用，包括帕金森病、肥胖、肌肉质量和功能、阿尔茨海默病、出生体重百分位数、神经元的形态维持、宫颈癌和肥胖。PM20D1的研究有助于深入理解其在这些过程中的作用，为疾病的治疗和预防提供新的思路和策略。