Ces1a-KO 基因敲除小鼠

基因Ces1a是哺乳动物体内的一种重要的羧酸酯酶，它参与体内的外源性物质、药物和脂质的代谢过程。Ces1a基因属于哺乳动物羧酸酯酶基因家族之一，该家族至少包含五个基因家族。在基因复制的过程中，小鼠和鼠类基因组中某些家族的基因数量有所增加，这导致了对啮齿类动物Ces基因命名的混淆。因此，为了明确这些基因家族和分配每个基因独特的名称，研究人员提出了一种新的命名系统，用于人类、小鼠和鼠类羧酸酯酶基因。该系统遵循人类、小鼠和鼠类基因命名委员会的指南，使用“CES”（人类）和“Ces”（小鼠和鼠类）作为根符号，并随后使用家族编号（例如，人类CES1）。在发现多个基因属于同一家族或与现有基因名称冲突的情况下，会添加一个字母（例如，人类CES4A；小鼠和鼠类Ces1a）来反映啮齿类物种之间的基因相关性。假基因通过在人类基因名称后添加“P”和数字（例如，人类CES1P1）或在小鼠和鼠类Ces假基因中使用新的字母后跟“ps”（例如，Ces2d-ps）来命名。基因转录本异构体通过在基因符号后添加GenBank accession ID（例如，人类CES1_AB119995或小鼠Ces1e_BC019208）来命名。这种命名法提高了我们对人类、小鼠和鼠类CES/Ces基因家族的理解，并促进了这些基因家族的结构、功能和进化的研究。它还作为命名其他哺乳动物物种CES基因的模型。

研究表明，人类羧酸酯酶（CES）在药物代谢和生物转化中起着关键作用。在小肠中，CES2A1而非CES1A介导的酯键水解活性占主导地位。在药物开发研究中，Caco-2细胞通常用作预测人类小肠药物吸收的模型。然而，Caco-2细胞中CES2A1和CES1A的表达模式与人类小肠中的表达模式不同。此外，人类和小型实验动物之间在CES表达模式上存在种间差异。由于难以获得原发性人类肠上皮细胞，目前还没有一个系统能够精确预测人类肠道中药物吸收的特征，例如CES介导的代谢。为了开发一个评估肠道药代动力学的系统，研究人员分析了人类诱导多能干细胞（iPS）衍生肠上皮细胞中CES的表达和功能。结果显示，人类iPS细胞衍生肠上皮细胞中CES2A1的mRNA和蛋白质水平与Caco-2细胞相当，而CES1A水平则低于Caco-2细胞。此外，人类iPS细胞衍生肠上皮细胞中p-硝基苯乙酸的酯键水解活性受到CES2A1特异性抑制剂替米沙坦的显著抑制。CES2A1特异性底物阿司匹林的酯键水解水平在人类iPS细胞衍生肠上皮细胞和Caco-2细胞中相似，而CES1A特异性底物单乙基甘氨酰二甲胺的酯键水解仅在Caco-2细胞中观察到，在人类iPS细胞衍生肠上皮细胞中未观察到。这些发现表明，人类iPS细胞衍生肠上皮细胞中CES同工酶的表达和活性与人类小肠相比，比Caco-2细胞更相似[1]。

在伊立替康治疗中，CES1A基因型与SN-38和SN-38G的清除率降低以及严重的粒细胞减少有关。人类羧酸酯酶1（CES1）在肝脏中水解伊立替康，产生活性代谢物SN-38。人类CES1基因家族由两个功能基因CES1A1（1A1）和CES1A2（1A2）组成，它们位于16q13-q22.1染色体上（CES1A2-1A1）。伪基因CES1A3（1A3）和1A1的嵌合变体（var1A1）也被发现作为1A2和1A1的等位基因变体。在这项研究中，研究人员调查了日本癌症患者中CES1基因型和主要单核苷酸多态性（SNPs）在伊立替康药代动力学中的作用。结果显示，具有三个或四个功能性CES1基因的患者（A/B、A/D或B/C、C/D、B/B和B/D型二倍体，n=35）的AUC比率（SN-38+SN-38G）/伊立替康，即体内CES活性的一个参数，是具有两个功能性CES1基因的患者（A/A、A/C和C/C型二倍体，n=23）的1.24倍[2]。

人类羧酸酯酶（CES）1A1基因（14个外显子）和CES1A3伪基因（6个外显子）在参考序列（NT_010498）中是倒置和复制的基因。相比之下，早期研究报道了CES1A2基因（14个外显子），而不是CES1A3伪基因。CES1A2基因下游和上游内含子1的序列分别与CES1A1和CES1A3基因的序列相同。最近发现了一种CES1A1变体，其中外显子1被CES1A3基因的外显子1所取代（转录本为CES1A2）。研究人员试图阐明人类CES1A的基因结构。通过PCR分析，研究人员发现CES1A2基因是CES1A3基因的一个变体。在肝脏中，二倍型为A/A和C/C或C/D的个体中，未检测到CES1A2和CES1A1的mRNA。在其他参与者中，CES1A1 mRNA水平高于CES1A2 mRNA水平。由CES1A1 mRNA和CES1A2 mRNA翻译的CES1A蛋白质在人类肝脏微粒体和细胞质中都被检测到，这表明外显子1编码信号肽的差异并不影响亚细胞定位。咪达普利水解活性反映了CES1A蛋白质水平。研究人员发现CES1A2基因是CES1A3伪基因的一个变体。这些发现显著增加了我们对人类CES1A基因结构和表达特性的了解[3]。

人类羧酸酯酶（CES）1A，主要在肝脏和肺中表达，在催化内源性化合物和外源性物质的酯键水解中起着重要作用。据报道，CES1A在人肝细胞中被丁基羟基茴香醚、噻氯匹定和双氯芬酸诱导，诱导可能是由氧化应激引起的。然而，分子机制尚未确定。在这项研究中，研究人员旨在研究CES1A是否受核因子-红细胞2相关因子2（Nrf2）的调节，并阐明分子机制。实时逆转录PCR检测结果显示，CES1A1 mRNA在HepG2、Caco-2和HeLa细胞中被tBHQ和SFN显著诱导，tBHQ和SFN是Nrf2的代表性激活剂。这种诱导作用被Nrf2的小干扰RNA完全抑制。在HepG2细胞中，CES1A蛋白质水平和咪达普利水解活性，即由CES1A特异性催化的活性，也被tBHQ和SFN显著诱导。荧光素酶检测结果显示，CES1A1基因中-2025处的抗氧化反应元件（ARE）负责Nrf2的转录激活。此外，电泳迁移率变化检测和染色质免疫沉淀检测结果显示，Nrf2结合到CES1A1基因的ARE上。这些发现清楚地表明，人类CES1A1被Nrf2诱导。这是第一个研究人类CES1A1诱导调节的分子机制的报道[4]。

在小鼠肝脏中，研究人员纯化和表征了一种由邻苯二甲酸二（2-乙基己基）酯诱导的小鼠CES1同工酶。纯化的小鼠CES1与其他CES同工酶具有一些生物学特征，如亚基分子量和等电点。此外，纯化的小鼠CES1表现出三聚体，这是CES1A亚家族同工酶的一个特征。该纯化酶具有替莫普利水解活性，并且发现它对小鼠肝脏微粒体中的替莫普利水解活性有显著贡献。为了确定编码小鼠CES1的核苷酸序列，研究人员进行了cDNA文库的抗体筛选。获得的cDNA（mCES1）的推导氨基酸序列与CES1A同工酶的序列具有显著相似性。当在Sf9细胞中表达时，重组mCES1对替莫普利具有水解活性，与纯化的小鼠CES1相同。基于这些结果，以及重组小鼠CES1具有与纯化小鼠CES1相同的亚基分子量、相同的等电点和相同的天然蛋白质质量，研究人员得出结论，mCES1编码小鼠CES1。此外，mCES1的组织表达谱与人类CES1同工酶非常相似。这一发现，连同其他研究结果，表明mCES1与人类CES1同工酶共享许多生物学特性。这项研究为研究酯前药和酯类药物的代谢和处置提供了有用的信息[5]。

哺乳动物羧酸酯酶包含一个多基因家族，其基因产物定位于内质网。羧酸酯酶催化各种外源性物质和内源性底物（如酯、酰胺和硫酯键）的水解，并主要在药物代谢中发挥作用。研究人员提出了人类肝脏羧酸酯酶活性个体差异可能导致CES1A同工酶表达水平差异的可能性。然而，关于人类羧酸酯酶基因的转录调控知之甚少。在目前的研究中，研究人员分离了编码人类羧酸酯酶CES1A的两个CES基因，分别命名为CES1A1（AB119997）和CES1A2（AB119998）。除了外显子1和5'调控元件外，这两个基因是相同的。研究人员研究了这两个CES基因的转录调控。报告基因检测和电泳迁移率变化检测显示，Sp1和C/EBPα可以结合到CES1A1启动子的每个反应元件上，而Sp1和C/EBP不能结合到CES1A2启动子的反应元件上。因此，CES1A1 mRNA的表达水平远远高于CES1A2 mRNA在肝脏和肺中的表达水平。这些结果提供了关于人类羧酸酯酶同工酶个体差异的信息[6]。

综上所述，基因Ces1a在药物代谢和生物转化中起着关键作用，并且在多种疾病中发挥着重要作用。Ces1a基因的表达和功能受到多种因素的调控，包括转录因子和氧化应激。此外，Ces1a基因的多态性和变体与药物代谢和疾病易感性相关。对Ces1a基因的研究有助于深入理解药物代谢的机制，并为个体化治疗和疾病预防提供新的思路和策略。