Chst3-KO 基因敲除小鼠

CHST3基因，也称为碳水化合物磺基转移酶3，编码软骨素6-O-磺基转移酶-1（C6ST-1）酶，该酶在软骨细胞外基质（ECM）的硫酸软骨素（一种蛋白聚糖）的硫酸化过程中发挥重要作用。硫酸软骨素是软骨和其他结缔组织的关键成分，对维持组织结构和功能至关重要。CHST3基因突变会导致多种骨骼发育不良，其中最显著的是软骨发育不良和先天性关节脱位。

多篇研究报道了CHST3基因突变导致的骨骼发育不良的表型特征和遗传变异。例如，一篇研究描述了14例来自11个非相关埃及家庭的CHST3相关骨骼发育不良患者。所有患者均出现脊柱和骨骺的进行性变化，以及肱骨远端分叉，这被认为是CHST3基因突变患者的诊断关键特征。此外，这些患者还表现出特有的面部特征，如宽额头、宽鼻尖、长人中沟和短颈。罕见的伴随发现包括小牙、牙齿间距、延迟萌出、腰椎-骶椎结合部突出和房间隔缺损。突变分析揭示了10种不同的CHST3基因（NM_004273.5）纯合子变异，包括7种错义、2种移码和1种无义变异。其中，c.384_391dup（p.Pro131Argfs*88）变异在两个家庭中重复出现。8种这些变异之前尚未描述过。该研究是迄今为止来自同一民族群体中CHST3相关骨骼发育不良患者的最大系列研究。此外，它强化了致命性心脏受累是这种疾病的临界临床发现。因此，该研究扩展了表型和突变谱，并强调了在携带CHST3变异的患者中进行超声心动图检查的重要性[1]。

另一篇研究报道了8例来自5个非相关家庭的多关节脱位患者，旨在阐明分子诊断。临床外显子组测序（CES）在来自每个家庭的一名患者上进行了。不同程度的脊椎变化、马蹄内翻足和脊柱侧凸伴随多关节脱位和身材矮小。CES分析显示，所有突变均发生在CHST3基因中。先前报道的c.776T>C纯合子突变在两个家庭中检测到，在一个家庭中发现了一种复合杂合子新变异c.740G>C和c.881T>C，在另外两个家庭中分别确定了纯合子新变异c.564C>A和c.963G>A。双等位CHST3 c.776T>C突变是CHST3中最常见的突变，主要在土耳其患者中报道，这可能是软骨发育不良和先天性关节脱位CHST3型中基因-种族相关性显著[2]。

除了骨骼发育不良，CHST3基因突变还与其他疾病相关。例如，一篇研究比较了年轻、老年和非常老年小鼠海马中与ECM相关的基因的表达水平。尽管随着年龄的增长ECM蛋白聚糖积聚，但ECM基因表达下调。下调最显著的基因是碳水化合物磺基转移酶3（Chst3），它是负责蛋白聚糖的软骨素6-磺化的酶。进一步的表观遗传机制分析显示，与Chst3基因启动子区域相关的组蛋白H3蛋白上赖氨酸4的三个甲基化的H3K4me3减少，导致非神经元细胞中Chst3表达的下调。聚类分析显示，CHST3的底物lecticans的表达与这种酶紧密共调控。ECM相关基因的变化伴随着认知功能的年龄相关性下降。尽管在研究的年龄组中认知功能和平均Chst3表达存在共向性损伤，但在非常老年组中，我们发现Chst3 mRNA水平与认知功能之间存在负相关。对ECM相关基因表达与认知功能之间相关性的分析表明，在一个任务中正基因效应的改善是以牺牲另一个任务的改善为代价的。进一步的分析表明，尽管Chst3 mRNA减少，但CHST3蛋白在胶质细胞中的表达增加，而在神经元中没有增加，这并没有导致C6S绝对水平的变化，甚至导致相对于其蛋白载体versican升高表达，C6S在神经元周围、突触周围和轴突周围ECM中的减少[3]。

此外，CHST3基因的多态性还与药物代谢相关。一篇研究检测了中国东北黑龙江省五个少数民族群体（达斡尔族、赫哲族、鄂温克族、蒙古族和满族）中药物代谢相关基因的遗传变异，并分析了不同群体之间的分布差异。他们检测了来自五个民族群体的882名健康中国志愿者的药物代谢基因中的32个SNPs。计算了五个民族的基因型和等位基因频率，并通过卡方检验比较了五个民族之间的不同变异。使用Popgene软件分析遗传参数。使用主成分分析分析了五个少数民族的遗传结构，并与26个群体进行了比较。研究发现，不同群体中药物代谢相关基因的SNPs存在多样性。其中，CYP2E1基因中的rs8192766和rs9419082在达斡尔族和满族之间存在统计学差异，NAT2基因中的rs1801280在赫哲族和蒙古族之间存在统计学差异。此外，研究的五个群体与东亚人群的差异最小。五个少数民族中CHST3、VKORC1、CYP1A2和CYP2E1基因存在单倍型多样性，这些单倍型多态性与相应药物剂量的使用相关。聚类分析表明，黑龙江省的五个少数民族与东亚人群聚集在一起。这些结果表明，了解药物相关遗传标记的多样性对中国少数民族以及与这些群体高度混合的人群的个体化药物基因治疗计划至关重要[4]。

CHST3基因突变还与其他骨骼发育不良相关。例如，一篇研究临床和遗传特征化了一个具有SED-CJD的巴基斯坦近亲家庭。受影响的成员表现出大关节脱位、脊柱畸形和之前未报道的面部特征。通过外显子组测序和Sanger测序，发现CHST3基因中的一个错义变异[c.601T>A；p.（Tyr201Asn）]。这项研究不仅扩展了CHST3基因中的突变谱，而且还将促进对巴基斯坦人群中相关特征的诊断和遗传咨询[5]。

综上所述，CHST3基因编码的软骨素6-O-磺基转移酶-1（C6ST-1）在软骨细胞外基质的硫酸软骨素的硫酸化过程中发挥重要作用。CHST3基因突变会导致多种骨骼发育不良，包括软骨发育不良和先天性关节脱位。这些突变会导致多种表型特征，包括脊柱和骨骺的进行性变化、大关节脱位、身材矮小、面部特征等。此外，CHST3基因突变还与其他疾病相关，如认知功能下降和药物代谢异常。了解CHST3基因的生物学功能和突变谱对于诊断、遗传咨询和治疗相关的骨骼发育不良和其他疾病至关重要。