Elovl5-KO 基因敲除小鼠

Elovl5，也称为elongase of very long chain fatty acid 5，是一种重要的酶，参与长链脂肪酸的延长，尤其偏好于多不饱和分子。该基因编码的酶在延长ω-3和ω-6脂肪酸方面发挥着关键作用，这些脂肪酸是长链多不饱和脂肪酸（PUFAs）的前体。Elovl5在多种生物学过程中发挥着重要作用，包括细胞代谢、细胞死亡、疾病发生和神经系统的发育。

研究表明，Elovl5的表达与铁死亡敏感性有关。例如，在胃癌中，Elovl5和脂肪酸去饱和酶1（FADS1）的表达在间充质型胃癌细胞中上调，导致铁死亡敏感性增加。相反，这些酶在肠型胃癌细胞中被DNA甲基化沉默，从而使细胞对铁死亡产生抵抗。脂质分析和同位素示踪分析表明，肠型胃癌细胞无法从亚油酸中生成花生四烯酸（AA）和肾上腺酸（AdA）。AA补充肠型胃癌细胞可以恢复其对铁死亡的敏感性。因此，多不饱和脂肪酸（PUFA）的生物合成途径在铁死亡中起着重要作用，该途径可能代表预测铁死亡介导的癌症治疗效果的标志物[1]。

此外，Elovl5在非酒精性脂肪肝病（NAFLD）的发生发展中发挥着重要作用。研究表明，miR-218-5p通过靶向Elovl5促进肝脏脂肪生成。在NAFLD模型小鼠和AML12细胞中，miR-218-5p水平显著升高，而Elovl5水平降低。通过双荧光素酶报告基因实验和基因干扰实验，证实了miR-218-5p和Elovl5之间的结合关系，并发现miR-218-5p通过靶向Elovl5促进脂肪生成。沉默miR-218-5p显著上调Elovl5表达，并抑制SREBP1信号通路。因此，miR-218-5p通过靶向ELOVL5促进脂肪生成，从而加速NAFLD的发展，这是NAFLD的关键致病机制之一，并为NAFLD的管理提供了新的分子靶点[2]。

Elovl5还与癌症的细胞死亡和转移有关。研究发现，Zeb1通过调节脂质合成酶的表达和磷脂成分，介导与EMT/可塑性相关的铁死亡敏感性。Zeb1增加含有多不饱和脂肪酸的前铁死亡磷脂的比例，同时增加含单不饱和脂肪酸的细胞保护磷脂的比例。Zeb1调节的关键酶包括硬脂酰-CoA去饱和酶1（SCD）、脂肪酸合成酶（FASN）、脂肪酸去饱和酶2（FADS2）、Elovl5和长链酰基-CoA合成酶4（ACSL4）。抑制这些脂质合成酶可以调节高Zeb1表达癌症细胞的铁死亡敏感性。因此，Elovl5的表达与癌症细胞的铁死亡敏感性有关，这为治疗具有高Zeb1表达的侵袭性癌症提供了潜在的策略[3]。

在前列腺癌中，Elovl5是一种关键的可靶向的脂肪酸延长酶。研究发现，Elovl5在前列腺癌细胞、异种移植瘤和临床肿瘤中被AR直接诱导。与良性前列腺组织相比，前列腺癌中Elovl5的表达上调。Elovl5的耗竭显著改变了线粒体的形态和功能，导致活性氧（ROS）的过量生成，从而抑制前列腺癌细胞的增殖、三维生长和体内肿瘤生长和转移。补充Elovl5延长作用的直接产物——顺式-油酸，可以逆转Elovl5敲低引起的氧化应激和相关的细胞增殖和迁移效应。因此，Elovl5是前列腺癌中脂质延长的新代谢靶点，对转移至关重要，可通过Elovl5进行靶向治疗[4]。

Elovl5在哺乳动物中枢神经系统（CNS）中的表达模式也得到了研究。研究发现，Elovl5在成年小鼠CNS中的表达具有区域和细胞类型特异性。在脑干、小脑和初级和辅助嗅觉区域发现了大量的Elovl5阳性细胞。海马CA2/CA3区的锥体细胞也有中度标记，而在端脑的其他区域，Elovl5表达较高的区域与运动控制相关。在原代胶质细胞培养中，Elovl5在少突胶质细胞的各个成熟阶段和小胶质细胞中表达，而星形胶质细胞在体内表现出Elovl5表达的异质性。Elovl5在中枢神经系统的表达模式提供了有关该酶的生理功能和其PUFA产物的相关信息，这些PUFA产物的失衡与许多病理状况有关[5]。

Elovl5的转录调控也得到了研究。研究发现，固醇调节元件结合蛋白（SREBP）-1激活Elovl5，增加多不饱和脂肪酸的合成，进而负反馈调节SREBP-1的表达。Elovl5已被确立为SREBP-1的靶基因，是去氧合脂生成负反馈回路的重要成分。研究发现，ELOVL5基因的启动子/增强子区域存在两个新的SREBP结合位点，一个在10 kb上游区域，一个在第一外显子。这两个SREBP基序在哺乳动物中是保守的，而本研究中发现的SREBP激活Elovl5的机制被认为是哺乳动物中普遍存在的。这些发现阐明了SREBP激活Elovl5的分子机制，Elovl5是去氧合脂生成的重要调节因子[6]。

Elovl5的表达与乳腺癌细胞的铁死亡敏感性有关。研究发现，Elovl5和IGFBP6基因的低表达与乳腺癌的不良预后相关。Elovl5直接参与PUFAs的延长，而PUFAs被认为是癌症细胞代谢中发挥重要作用。研究发现，Elovl5或IGFBP6基因的敲低导致细胞中脂肪酸谱发生显著变化，并影响与脂质代谢相关的许多基因的表达。PUFAs的某些成分已知会抑制癌症细胞的增殖并导致细胞死亡，因此研究者测试了细胞对单个PUFAs以及对二十二碳六烯酸（DHA，一种n-3 PUFAs）与标准化疗药物的组合的反应。研究结果表明，外源性PUFAs通过激活铁死亡导致细胞死亡，铁死亡是一种铁依赖性的细胞死亡机制，其特点是脂质过氧化过多。此外，两种敲低都增加了细胞对铁死亡的敏感性，这可能是由于抗氧化酶GPX4活性显著降低。添加DHA到常用的化疗药物中，可以显著增强其效果，特别是对于IGFBP6基因低表达的细胞。因此，对于Elovl5和IGFBP6基因低表达的乳腺癌患者，将PUFAs添加到治疗方案中可能是有益的，值得在临床相关环境中进行测试[7]。

Elovl5基因的突变导致脊髓小脑共济失调38型（SCA38），这是一种罕见的常染色体神经退行性疾病，特征为步态异常、构音障碍、吞咽困难、嗅觉减退和周围神经病变。Elovl5基因敲除小鼠是SCA38的模型，可以复制SCA38的主要症状。Elovl5基因敲除小鼠在小脑皮层的分子层厚度减少，在6个月大时已可检测到，并在12个月和18个月时得到证实。Purkinje细胞层的总周长在Elovl5基因敲除小鼠中也有所减少。由于Elovl5转录本由Purkinje细胞表达，其树突是小脑分子层的主要组成部分，研究者推测Purkinje细胞树突的变异可能是导致该层厚度减少的原因。对生物素标记的Purkinje细胞的树突树进行重建，并进行Sholl分析，结果显示Elovl5基因敲除小鼠的远端树突分布显著减少。树突棘密度保持不变。这些结果表明，Elovl5基因敲除小鼠复制了SCA38的症状，其小脑萎缩至少部分是由于Purkinje细胞树突分支的减少[8]。

此外，Elovl5的表达还受到环境适应的影响。研究发现，海洋大黄鱼和淡水虹鳟的Elovl5表达存在显著差异。比较转录组和绝对mRNA定量分析显示，虹鳟中Elovl5的表达显著高于大黄鱼。相应地，虹鳟Elovl5调控区域的染色质可及区域数量也高于大黄鱼，表明虹鳟Elovl5调控区域的染色质可及性更高。此外，还观察到虹鳟和大黄鱼之间Elovl5启动子的序列和活性存在差异，转录因子CCAAT/增强子结合蛋白β（CEBPβ）、GATA结合蛋白3（GATA3）和上游刺激因子2（USF2）对Elovl5表达的调控作用在不同物种中有所不同。因此，基因调控区域的变化可能对Elovl5的表达和Elovl5的活性产生重要影响，进而影响虹鳟和大黄鱼LC-PUFA的生物合成能力[9]。

最后，Elovl5基因的遗传变异与母乳中多不饱和脂肪酸（PUFAs）的水平有关。研究发现，ELOVL5基因中SNPs（rs2397142和rs9357760）的次要等位基因携带者与母乳中亚油酸（LA）、二高-γ-亚麻酸（DGLA）、花生四烯酸（AA）、二十碳四烯酸（DTA）、二十二碳六烯酸（DHA）的水平升高相关。在ELOVL5基因的rs209512中，次要等位基因携带者的DTA水平低于主要纯合子等位基因。这些发现表明，ELOVL5基因编码的PUFAs代谢的限速酶的常见变异，对母乳中的PUFAs水平有贡献[10]。

综上所述，Elovl5是一种重要的酶，参与长链脂肪酸的延长，尤其在ω-3和ω-6脂肪酸的延长方面发挥着关键作用。Elovl5的表达与铁死亡敏感性、肝脏脂肪生成、癌症的细胞死亡和转移、神经系统的发育、基因调控和母乳中PUFAs的水平有关。Elovl5的研究有助于深入理解脂质代谢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。