Chsy1-KO 基因敲除小鼠

CHSY1，也称为软骨素硫酸合成酶1，是一种重要的糖基转移酶，参与合成软骨素硫酸，这是一种附着在核心蛋白上形成软骨素硫酸蛋白聚糖（CSPG）的糖胺聚糖（GAG）。CHSY1在多种生物学过程中发挥重要作用，包括细胞分化、发育、代谢和疾病发生。

CHSY1在结直肠癌（CRC）的肝转移中发挥重要作用。通过使用CRISPR/Cas9筛选，研究人员发现CHSY1在CRC肝转移中过度表达，并导致CD8+ T细胞耗竭和PD-L1表达上调。代谢组分析表明，CHSY1通过激活琥珀酸代谢途径促进CD8+ T细胞耗竭，导致CRC肝转移。CHSY1抑制剂青蒿素可以减少肝转移并增强抗PD1在CRC中的效果[1]。此外，CHSY1在胃癌中作为一种肿瘤促进剂，通过调节细胞增殖、凋亡和迁移发挥作用。免疫组化分析和公共数据库挖掘显示，CHSY1在胃癌中显著上调，并与更晚期的肿瘤阶段和更差的预后相关。体外功能丧失实验表明，CHSY1敲低抑制细胞增殖、集落形成、细胞迁移，并促进细胞凋亡。此外，CHSY1敲低降低了胃癌细胞的致瘤性和肿瘤生长速度[5]。CHSY1在肝细胞癌（HCC）中也发挥重要作用。CHSY1在HCC中频繁上调，并与更差的病理分级和生存率相关。CHSY1的过表达足以增强细胞生长、迁移、侵袭和上皮-间质转化，而CHSY1的沉默则抑制这些恶性表型。机制研究表明，CHSY1通过增加细胞表面软骨素硫酸促进Sonic hedgehog结合和信号传导。用Vismodegib抑制Hedgehog通路可降低CHSY1诱导的HCC细胞迁移、侵袭和肺转移，从而确定了Hedgehog通路在介导CHSY1表达效应中的关键作用[6]。

CHSY1在遗传性短指综合征（TPBS）中也发挥重要作用。TPBS是一种罕见的常染色体隐性遗传病，其特征为指骨过度、面部畸形、牙齿异常、感音神经性听力丧失、运动和智力发育迟缓以及生长发育迟缓。最近的研究表明，CHSY1基因的失功能突变会导致TPBS。在巴基斯坦的一个近亲结婚家庭中，研究人员发现了一种新的错义突变（c.1897 G > A）在CHSY1基因中，导致蛋白中高度保守的天冬氨酸残基被天冬酰胺残基取代。Polyphen分析支持D36N突变的致病性。这一发现扩展了最近支持CHSY1作为BMP信号通路潜在介导者的证据[2]。

CHSY1在维持椎间盘细胞外基质（ECM）稳态中发挥重要作用。感觉神经长期以来被认为是收集各种外部刺激的单位；最近的进展表明，感觉神经也在维持器官稳态中发挥关键作用。研究表明，感觉神经通过调节其ECM代谢来协调椎间盘（IVD）的稳态。具体来说，椎间盘的感觉神经去神经会导致椎间盘水分子软骨素硫酸（CS）的丧失，软骨素硫酸合成基因软骨素硫酸合成酶1（CHSY1）表达的减少，以及椎间盘ECM稳态的失调。特别是，感觉神经降钙素基因相关肽（CGRP）表达的敲低会导致与感觉神经去神经模型相似的ECM代谢紊乱，而这种效应在CHSY1敲除小鼠中被消除。此外，体外证据表明，CGRP通过CGRP受体成分受体活性修饰蛋白1（RAMP1）和环腺苷酸反应元件结合蛋白（CREB）信号传导调节核突细胞CHSY1表达和CS合成。在治疗方面， forskolin的局部注射显著减轻了小鼠环状纤维穿刺模型中椎间盘退变进展[3]。

CHSY1在骨关节炎（OA）中也发挥重要作用。OA是一种以软骨细胞退变导致的关节软骨破坏为特征的退行性关节病。研究发现，CHSY1在OA大鼠膝关节软骨中的表达降低。为了研究CHSY1在软骨生成和OA中的作用，研究人员通过慢病毒在ATDC5软骨细胞中建立了CHSY1稳定敲低细胞系。发现CHSY1缺乏导致软骨细胞细胞外基质产生减少和软骨内成骨的促进，这由早期软骨细胞基因（Col2a1、Sox9）表达减少，以及软骨肥大基因（Col10a1、Runx2、Mmp13、Mmp3）表达增加来表示。这些基因的表达趋势被认为是骨关节炎的特征。此外，敲低CHSY1可以上调分化软骨细胞中的BMP信号，而CHSY1过表达则具有相反的作用。CHSY1敲低引起的细胞外基质产生减少和软骨内成骨的促进可以通过BMP信号抑制剂LDN193189得到挽救。此外，OA大鼠原代细胞中异常增强的BMP信号和OA生物标志物Mmp3的高表达可以通过LDN193189或CHSY1过表达得到挽救。这些结果表明，CHSY1通过BMP信号调节细胞外基质产生和软骨内成骨；CHSY1的缺乏会加重骨关节炎的软骨损伤[4]。

CHSY1在小鼠中也发挥重要作用。研究人员发现了一种自发突变小鼠系，称为“小尾扭结”（skt），表现出加速衰老和与年龄相关的疾病表型，包括大脑和视网膜的炎症增加，视网膜异常增强，包括感光细胞变性，海马体神经变性，以及寿命缩短。通过定位克隆，研究人员确定了一个Chsy1的缺失，这是skt小鼠表型的原因。CHSY1是软骨素N-乙酰半乳糖胺基转移酶家族的成员，在软骨素硫酸的生物合成中起关键作用。CHSY1突变显著降低了视网膜和海马体中的软骨素硫酸GAGs。此外，skt小鼠的骨髓和脾脏中的巨噬细胞和嗜中性粒细胞群体显著改变，这表明CHSY1在调节这些免疫细胞类型的功能中起重要作用。因此，这项研究揭示了一个以前未被发现的CHSY1在视网膜和海马体中的作用。具体来说，CHSY1通过CHSY1对蛋白质的软骨素硫酸（CS）修饰对于适当调节髓系谱系的免疫细胞和维持神经组织的完整性至关重要，因为该基因的缺陷导致炎症增加和与年龄相关疾病相关的异常表型[7]。

CHSY1在胶质瘤中也发挥重要作用。研究人员发现，LINC01094在胶质瘤患者组织中表达水平升高，而LINC01094的表达在胶质瘤细胞系中也增强。LINC01094的耗竭抑制了胶质瘤细胞的细胞活力和集落形成。同时，LINC01094的耗竭损害了胶质瘤细胞的迁移和侵袭。机制上，研究人员发现LINC01094能够在胶质瘤细胞中吸收miR-224-5p，miR-224-5p抑制剂可以逆转LINC01094对胶质瘤进展的影响。此外，miR-224-5p靶向CHSY1，LINC01094通过靶向miR-224-5p在胶质瘤细胞中上调CHSY1。LINC01094通过正向调节CHSY1促进胶质瘤进展。此外，致瘤性分析表明，LINC01094增强了体内胶质瘤的生长。因此，研究人员得出结论，LINC01094通过调节miR-224-5p/CHSY1轴促进胶质瘤进展。这项发现为lncRNA LINC01094如何促进胶质瘤的发展提供了新的见解，提高了对LINC01094和胶质瘤的理解。LINC01094、miR-224-5p和CHSY1可能成为胶质瘤的潜在靶点[8]。

CHSY1在主动脉夹层（AD）和代谢综合征（MS）中也发挥重要作用。研究人员获得了AD和MS的RNA-seq数据集，并通过加权基因共表达网络分析（WGCNA）、功能富集分析和机器学习算法（随机森林和LASSO回归）识别出AD和MS的诊断性基因。XGBoost进一步提高了模型的诊断性能。ROC和PR曲线用于评估诊断价值。然后，免疫细胞浸润和代谢相关通路分析用于研究AD和MS中的免疫细胞和代谢相关通路失调。最后，通过scRNA-seq数据集验证了确定的枢纽基因的表达水平。在合并的AD和MS数据集中，发现了406个共同的差异表达基因（DEGs）。功能富集分析表明，这些DEGs富集于代谢、细胞过程、有机体系统和人类疾病的适用术语。此外，AD和MS的阳性相关关键模块主要富集于转录因子结合和炎症反应。相比之下，阴性相关模块与适应性免疫反应和核酶活性调节显著相关。通过机器学习，在AD和MS中发现了9个具有共同诊断效应的基因，包括MAD2L2、IMP4、PRPF4、CHSY1、SLC20A1、SLC9A1、TIPRL、DPYD和MAPKAPK2。在训练集中，枢纽基因在RP和RR曲线上的AUC为1。在AD验证集中，枢纽基因在RP和RR曲线上的AUC分别为0.946和0.955。在MS集中，枢纽基因在RP和RR曲线上的AUC分别为0.978和0.98。scRNA-seq分析显示，SLC20A1在脂肪酸代谢途径中发挥作用，并在内皮细胞中表达。这项研究揭示了AD和MS的共同发病机制。这些共同的通路和枢纽基因可能为进一步的机制研究提供新的思路[9]。

综上所述，CHSY1是一种重要的糖基转移酶，在多种生物学过程中发挥重要作用，包括细胞分化、发育、代谢和疾病发生。CHSY1在多种疾病中发挥重要作用，包括结直肠癌、胃癌、肝细胞癌、遗传性短指综合征、骨关节炎、主动脉夹层和代谢综合征。此外，CHSY1还具有独立的染色质调控功能，影响基因表达和干细胞的多能性维持。CHSY1的研究有助于深入理解RNA表观遗传修饰的生物学功能和疾病发生机制，为疾病的治疗和预防提供新的思路和策略。