Slc39a8-KO 基因敲除小鼠

SLC39A8基因编码ZIP8金属阳离子转运蛋白，在所有脊椎动物中具有高度保守性。该基因在多种细胞类型中广泛表达，包括多能胚胎干细胞，其表达遍及所有已检查的细胞类型。ZIP8介导的Mn2+、Zn2+、Fe2+、Se4+和Co2+的摄取代表了其内源性功能，即将这些阳离子转移至细胞内。通过小鼠遗传差异，20世纪70年代将“皮下镉诱导的睾丸坏死”表型归因于Cdm基因座。这导致了小鼠Slc39a8基因的鉴定，以及与其最密切相关Slc39a14基因的鉴定，创建了Slc39a8过表达、Slc39a8(neo/neo)敲低和细胞类型特异性条件性敲除小鼠系；Slc39a8(-/-)全身敲除小鼠是早期胚胎致死的。Slc39a8(neo/neo)低表现型在妊娠第16.5天和出生后第1天之间死亡，表现出严重的贫血、造血功能失调、脾脏发育不良、器官发生障碍、生长迟缓和肢体低表现型。毫不奇怪，全基因组关联研究随后揭示了人类SLC39A8缺陷变体表现出惊人的多效性——缺陷与几乎每个器官、组织和细胞类型中的临床疾病相关：包括多种发育和先天性 disorders、免疫系统、心血管系统、肾脏、肺、肝脏、凝血系统、中枢神经系统、肌肉骨骼系统、眼睛和胃肠道。目前与SLC39A8缺陷变体相关的特征包括Mn2+-缺乏性低糖基化；多种出生缺陷；类似Leigh综合征的线粒体还原缺陷；血清高密度脂蛋白-胆固醇水平降低；体重指数增加；冠状动脉疾病、低血压、心血管死亡、过敏、缺血性中风、精神分裂症、帕金森病、炎症性肠病、克罗恩病、近视和青少年特发性脊柱侧凸的风险增加；系统性红斑狼疮伴原发性干燥综合征；身高降低；以及无意中参与骨关节炎的炎症进展[1]。

SLC39A8作为高度多效性基因，为深入了解精神分裂症的分子发病机制提供了机会。精神分裂症全基因组显著位点位于4q24，可能是一个罕见的例外。正如本综述中所述，该位点上的关联很可能是由金属阳离子转运蛋白SLC39A8的功能错义变体驱动的。该变体rs13107325几乎仅限于欧洲人群，是基因组中最多的多效性变体之一，与多个其他特征相关，如体重指数、克罗恩病、血压相关特征和血清锰、N端前B型利钠肽和HDL-胆固醇水平。SLC39A8似乎在欧洲人中受到最近的自发选择。它几乎无处不在，其生理作用开始被阐明，主要与免疫有关。本文提出了rs13107325变体作为该位点与精神分裂症相关联的功能变体的论点，回顾了该基因的遗传关联、基因的自然选择证据以及关于其结构和生理功能的已知方面。最后，基于这些知识，提出了一些关于其与精神分裂症相关联的假设，包括免疫/炎症受损、谷氨酸能神经传递干扰、脑中必需金属（如铁、锌或锰）的稳态或重金属（如镉或铅）的神经毒性[2]。

SLC39A8基因编码二价金属转运蛋白，SLC39A8与多个组织中的多效性效应相关，包括大脑。我们确定了与SLC39A8相关的不同大脑磁共振成像（MRI）表型。我们采用全表型关联研究方法，随后进行联合和条件关联分析。使用英国生物银行参与者的大脑MRI全基因组关联研究摘要统计数据集，我们系统地选择了所有与SLC39A8基因座内500kb范围内的单核苷酸多态性（SNP）相关的大脑MRI表型。对于所有显著的大脑MRI表型，我们使用GCTA-COJO确定独立关联信号的数量，并识别每个大脑MRI表型的索引SNP。通过LDpair确认了大脑表型与多个独立信号之间的连锁平衡。我们确定了24种大脑MRI表型，这些表型因MRI类型和大脑区域而异，并包含与SLC39A8位点相关的SNP。错义ZIP8多态性rs13107325与22种大脑MRI表型相关。英国生物银行数据集中存在的罕见ZIP8变体与6种与rs13107325相关的大脑MRI表型相关。在24个数据集中，GCTA-COJO还确定了4个额外的关联信号，并通过LDpair确认与rs13107325处于连锁平衡状态。这些额外的关联信号代表了除rs13107325之外的新可能的致病SNP。这项研究为遗传变异SLC39A8与大脑结构差异之间的联系提供了线索，并可能影响大脑发育和神经系统功能[3]。

Slc39a8编码ZIP8，一种二价阳离子/碳酸氢盐同向转运蛋白，在多能小鼠胚胎干细胞中表达，因此存在于所有成年组织中；ZIP8进入Zn2+、Mn2+和Fe2+。Slc39a8(neo/neo)敲低小鼠表现出野生型ZIP8 mRNA和蛋白水平的10-15%，表现出生长迟缓、新生儿致命、多器官发育不良和造血功能失调，表现为严重贫血。在此，我们对妊娠第13.5天卵黄囊和胎盘以及妊娠第16.5天肝脏、肾脏、肺、心脏和小脑进行了RNA-seq分析，比较了Slc39a8(neo/neo)与Slc39a8(+/+)野生型。不同表达基因的元数据分析揭示了所有组织中29个独特的基因——具有与造血和缺氧相关的富集GO类别和与补体、感染反应和凝血级联相关的KEGG类别——与造血干细胞命运失调一致。基于JASPAR数据库中的转录因子（TF）特征，并通过Pscan搜索富集的TF结合位点，我们鉴定了编码锌指和其他与造血干细胞功能相关的TF的基因。我们得出结论，在该小鼠模型中，缺乏ZIP8介导的二价阳离子转运会影响锌指（例如GATA蛋白）和其他与GATA蛋白相互作用的TF（例如TAL1），主要在卵黄囊中。这些数据强烈支持了Slc39a8(neo/neo)小鼠在子宫内的发育不良和贫血表型[4]。

SLC39A8基因编码ZIP8金属阳离子转运蛋白，SLC39A8与多个组织中的多效性效应相关，包括大脑。我们确定了与SLC39A8相关的不同大脑磁共振成像（MRI）表型。我们采用全表型关联研究方法，随后进行联合和条件关联分析。使用英国生物银行参与者的大脑MRI全基因组关联研究摘要统计数据集，我们系统地选择了所有与SLC39A8基因座内500kb范围内的单核苷酸多态性（SNP）相关的大脑MRI表型。对于所有显著的大脑MRI表型，我们使用GCTA-COJO确定独立关联信号的数量，并识别每个大脑MRI表型的索引SNP。通过LDpair确认了大脑表型与多个独立信号之间的连锁平衡。我们确定了24种大脑MRI表型，这些表型因MRI类型和大脑区域而异，并包含与SLC39A8位点相关的SNP。错义ZIP8多态性rs13107325与22种大脑MRI表型相关。英国生物银行数据集中存在的罕见ZIP8变体与6种与rs13107325相关的大脑MRI表型相关。在24个数据集中，GCTA-COJO还确定了4个额外的关联信号，并通过LDpair确认与rs13107325处于连锁平衡状态。这些额外的关联信号代表了除rs13107325之外的新可能的致病SNP。这项研究为遗传变异SLC39A8与大脑结构差异之间的联系提供了线索，并可能影响大脑发育和神经系统功能[3]。

SLC39A8基因位于4q24染色体上，编码锰（Mn）转运蛋白ZIP8，其有害变体会导致2型先天性糖基化疾病（CDG）。常见的SLC39A8错义变体A391T与多种神经系统和全身性疾病的风险增加以及血清Mn水平降低相关。SLC39A8-CDG患者表现出不同的临床和神经影像学特征，与可变的转铁蛋白糖基化谱相关。半乳糖和Mn补充疗法导致治疗患者的生化指标和临床状况得到改善。在这里，我们报道了两个意大利家庭中两个兄弟姐妹的SLC39A8新变体（c.1048G> A；p.Gly350Arg和c.131C> G；p.Ser44Trp）的临床表现、神经影像学特征和糖基化表型。此外，我们描述了一个携带纯合子错义变体A391T的患者，其临床特征与SLC39A8-CDG的重叠。这三个患者的临床表型特征为严重的发育障碍、肌张力障碍姿势模式和进行性加重的运动障碍。神经影像学显示类似于Leigh综合征的模式，涉及基底神经节、丘脑和白质。在两个兄弟姐妹中，还检测到萎缩性大脑和 cerebellum 变化，与SLC39A8-CDG一致。血清转铁蛋白等电聚焦（IEF）结果各异，轻度增加三唾液酸转铁蛋白异构体或甚至正常模式。MALDI-MS显示仅在一个受影响的兄弟姐妹中存在低半乳糖基化转铁蛋白N-糖苷，在疾病过程中自发减少。总血清N-糖组显示出三个患者独特的模式，包括增加未加半乳糖基化和未加唾液酸基化完全唾液酸化双天线糖苷的先驱体，包括单唾液酸-单半乳糖基化双天线物种A2G1S1。患者的临床、MRI和糖基化特征与SLC39A8-CDG一致。我们记录了与Leigh综合征样疾病表现相关的两个与SLC39A8-CDG相关的新变体。我们首次展示了一个严重的神经表型，与SLC39A8-CDG中描述的纯合子A391T错义变体相关。我们观察到转铁蛋白N-糖组的自发改善，突出了基于MS的血清糖组学作为辅助工具在SLC39A8-CDG患者的诊断和临床管理治疗反应中的有效性。需要进一步研究以更深入地分析SLC39A8变体（包括常见的错义变体）对ZIP8蛋白表达和功能的影响，以及它们对临床、生化和神经影像学特征的影响[5]。

SLC39A8基因编码ZIP8，一种跨膜转运蛋白，介导锌、铁和锰（Mn）的细胞摄取。人类遗传学研究记录了SLC39A8在Mn稳态、脑发育和功能中的作用。然而，SLC39A8在中枢神经系统中的作用和病理生理机制仍然不清楚。我们生成了Slc39a8神经元特异性敲除（Slc39a8-NSKO）小鼠，以研究SLC39A8在神经元中的功能。Slc39a8-NSKO小鼠的全脑和脑区，特别是小脑中的Mn水平显著降低。使用54Mn进行的放射示踪剂研究表明，Slc39a8-NSKO小鼠的大脑Mn摄取受损。Slc39a8-NSKO小脑表现出形态缺陷和Purkinje细胞树突分支异常。Slc39a8-NSKO小鼠的小脑外部颗粒层中神经发生减少，细胞凋亡增加。Slc39a8-NSKO小鼠的脑Mn缺乏与运动功能障碍相关。无偏RNA-Seq分析揭示了与神经发育和突触可塑性相关的关键通路，包括cAMP信号通路基因的下调。我们进一步证明，Slc39a8对于cAMP介导的信号通路的最佳转录反应是必需的。总之，我们的研究突出了SLC39A8在大脑Mn摄取和小脑发育和功能中的重要作用[6]。

SLC39A8基因的遗传变异与多种心血管疾病危险因素相关，包括体重指数、收缩压（SBP）、舒张压（DBP）、N端前B型利钠肽（NT-proBNP）和高密度脂蛋白胆固醇（HDL-C）水平。本研究旨在调查SLC39A8 SNPs rs13107325和rs74650330与冠状动脉疾病（CAD）在中国江苏省汉族人群中的关联。方法：使用碱基淬灭探针技术对258例CAD患者和170例健康对照者进行这些SNPs的基因分型。研究了rs74650330位点等位基因与血脂和血糖谱之间的关联。受试者工作特征（ROC）曲线分析用于量化血脂和FBG水平的最佳阈值，并通过logistic回归分析估计CAD的危险因素。结果：在目前研究的428名中国个体中未发现rs13107325多态性。对于rs74650330，携带C等位基因的个体在对照组中的HDL水平显著高于没有该等位基因的个体（p=0.039），而低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）水平则相反（p=0.046）。进一步分析表明，当LDL-C水平低于2.365mmol/L时，与没有突变的患者相比，携带C/del和del/del的个体患CAD的风险增加了7.293倍（比值比：7.293；95%置信区间：0.953-55.79）。结论：研究了SLC39A8多态性对CAD的易感性，并揭示了rs74650330缺失变体可能在低密度脂蛋白胆固醇水平较低的汉族人群中增加CAD风险的可能性[7]。

SLC39A8基因编码ZIP8金属阳离子转运蛋白，SLC39A8与多个组织中的多效性效应相关，包括大脑。我们确定了与SLC39A8相关的不同大脑磁共振成像（MRI）表型。我们采用全表型关联研究方法，随后进行联合和条件关联分析。使用英国生物银行参与者的大脑MRI全基因组关联研究摘要统计数据集，我们系统地选择了所有与SLC39A8基因座内500kb范围内的单核苷酸多态性（SNP）相关的大脑MRI表型。对于所有显著的大脑MRI表型，我们使用GCTA-COJO确定独立关联信号的数量，并识别每个大脑MRI表型的索引SNP。通过LDpair确认了大脑表型与多个独立信号之间的连锁平衡。我们确定了24种大脑MRI表型，这些表型因MRI类型和大脑区域而异，并包含与SLC39A8位点相关的SNP。错义ZIP8多态性rs13107325与22种大脑MRI表型相关。英国生物银行数据集中存在的罕见ZIP8变体与6种与rs13107325相关的大脑MRI表型相关。在24个数据集中，GCTA-COJO还确定了4个额外的关联信号，并通过LDpair确认与rs13107325处于连锁平衡状态。这些额外的关联信号代表了除rs13107325之外的新可能的致病SNP。这项研究为遗传变异SLC39A8与大脑结构差异之间的联系提供了线索，并可能影响大脑发育和神经系统功能[3]。

综上所述，SLC39A8基因编码ZIP8金属阳离子转运蛋白，参与多种阳离子的细胞摄取。SLC39A8基因的遗传变异与多种疾病相关，包括先天性糖基化疾病、精神分裂症、心脏疾病、癌症等。SLC39A8基因的功能缺失会导致多种组织和器官的发育不良和功能障碍。SLC39A8基因的研究有助于深入理解金属阳离子转运在生物学和疾病发生中的作用，为疾病的治疗和预防提供新的思路和策略[1-9]。