Ces1e-KO 基因敲除小鼠

基因Ces1e属于哺乳动物羧酸酯酶（CES）基因家族，编码参与体内异生物质、药物和脂质代谢的酶。CES基因家族在哺乳动物中至少有五个，包括人类、小鼠和大鼠等。CES基因家族成员通过串联复制增加，特别是在小鼠和大鼠基因组中，导致命名上的混淆。为了解决这个问题，一项研究提出了一个新的命名系统，用于识别人类、小鼠和鼠的羧酸酯酶基因家族，并为每个基因分配一个唯一的名称。该系统遵循人类、小鼠和鼠基因命名委员会的指南，并使用“CES”（人类）和“Ces”（小鼠和鼠）作为根符号，后跟家族编号。当家族中存在多个基因或与现有基因名称冲突时，会添加一个字母以反映基因在啮齿类动物中的相关性。假基因通过在人类基因名称后添加“P”和数字或在小鼠和鼠的Ces假基因前使用新字母加“ps”来命名。基因转录本异构体通过将GenBank登录号添加到基因符号中来命名[1]。

一项研究发现，17β-雌二醇通过激活c-Jun/AP-1通路抑制人类和小鼠肝细胞中的CES1（Ces1d）和CES2（Ces1e）的表达。17β-雌二醇处理后，人类肝细胞中CES1和CES2的mRNA水平分别降低了29-39%和28-55%，对硝基苯乙酸的水解也显著降低了32%。在蛋白质水平上，17β-雌二醇也分别降低了45%和47%的CES1和CES2。小鼠肝细胞对17β-雌二醇的响应与人类肝细胞非常相似。进一步研究发现，17β-雌二醇诱导的Ces1d和Ces1e表达下调可以被AP-1抑制剂SP600125消除。在体内，卵巢切除小鼠的Ces1d、Ces1e和肝脏水解活性比对照组小鼠高，但当给予17β-雌二醇时，卵巢切除小鼠的Ces1d、Ces1e和肝脏水解活性恢复到正常水平。这些发现表明，17β-雌二醇通过激活c-Jun/AP-1通路抑制羧酸酯酶，这可能对女性，特别是孕妇和更年期女性的药物治疗安全性和有效性有潜在影响[2]。

另一项研究发现，核心时钟基因Bmal1控制小鼠肠道中CES1的表达和活性的昼夜节律。通过使用肠道特异性Bmal1敲除小鼠和结肠癌细胞评估了肠道Bmal1对CES1昼夜表达的调节作用。CES1的相对mRNA和蛋白质水平分别通过qPCR和Western印迹分析确定。CES1在体外和体内的代谢活性分别通过微体实验和药代动力学研究确定。转录基因调控通过荧光素酶报告基因分析进行研究。野生型小鼠（Bmal1fl/fl）的总CES1蛋白水平在一天中的不同时间点显著变化，在ZT6达到峰值。在可检测到的Ces1基因中，Ces1d mRNA显示出强烈的昼夜节律，峰值出现在ZT6，而Ces1e、1f和1g的mRNA在野生型小鼠中没有显示出节律。肠道Bmal1的缺失降低了总CES1蛋白和Ces1d mRNA的水平，并削弱了小鼠中的昼夜节律。体外微体实验表明，在ZT6时，小鼠肠道对霉酚酸酯（已知CES1底物）的代谢比ZT18时更广泛。野生型小鼠在ZT6时给予霉酚酸酯，其活性代谢物霉酚酸的全身暴露量比ZT18时更高。肠道Bmal1的缺失在ZT6下调了CES1的代谢，并在体外和体内消除了其时间依赖性。此外，在CT26和Caco-2细胞中证实了Ces1d/CES1的节律性和BMAL1对Ces1d/CES1的正调控。机制上，BMAL1可能通过结合基因启动子中的E-box元件来反式激活Ces1d/CES1。Bmal1控制肠道CES1的表达和活性的昼夜节律。这些发现对理解昼夜节律与肠道外源物质代谢之间的串扰具有重要意义[3]。

另一项研究发现，二甲双胍通过激活AMPK和JNK信号通路抑制羧酸酯酶的表达。二甲双胍是临床上广泛使用的降糖药物。然而，二甲双胍作为潜在药物相互作用和不良反应的引发者的机制尚不清楚。羧酸酯酶（CESs）是肝脏中高度表达的羟基化酶，包括小鼠羧酸酯酶1d（Ces1d）和Ces1e。本研究设计实验以研究二甲双胍对Ces1d和Ces1e的影响和机制。结果显示，二甲双胍以剂量和时间依赖性方式抑制Ces1d和Ces1e的表达和活性。核受体PXR及其靶基因P-gp的表达下调表明PXR参与二甲双胍抑制羧酸酯酶的表达。此外，二甲双胍显著抑制AMPK和JNK的磷酸化，并且由二甲双胍引起的羧酸酯酶的抑制可以通过AMPK抑制剂Compound C和JNK抑制剂SP600125消除。这表明AMPK和JNK通路的激活介导了二甲双胍对羧酸酯酶的抑制。这些发现值得进一步阐明，包括临床试验，并为2型糖尿病患者治疗的合理用药做出贡献[4]。

一项研究调查了2型糖尿病中羧酸酯酶的变化。研究发现，2型糖尿病小鼠肝脏和肠道的羧酸酯酶1d（Ces1d）和羧酸酯酶1e（Ces1e）的表达和催化活性降低，而Akt/mTOR/HIF-1α/Stra13（DEC1）信号通路被激活。在模拟2型糖尿病的高葡萄糖DMEM条件下，高胰岛素几乎消除了由胰岛素引起的原代小鼠肝细胞中Ces1d和Ces1e表达和催化活性的降低。人类肝细胞瘤（HepG2）细胞在高葡萄糖条件下对高胰岛素的响应与原代小鼠肝细胞在羧酸酯酶表达改变方面相似。通过shRNA构建体敲低HIF-1α或DEC1可以消除胰岛素在高葡萄糖条件下诱导的HepG2细胞中CES1和CES2表达的下调。综上所述，2型糖尿病小鼠中羧酸酯酶的表达和催化活性降低是通过Akt/mTOR/HIF-1α/Stra13（DEC1）通路发生的[5]。

一项研究发现，小鼠羧酸酯酶1c/d/e的自然缺失影响药物代谢和代谢综合征的发展。哺乳动物羧酸酯酶1酶可以水解许多外源化学物质和内源性脂质。研究人员发现并表征了一个小鼠品系（FVB/NKI），其中三个八个Ces1基因被自发删除，Ces1c和Ces1e部分删除，Ces1d完全删除。他们研究了Ces1c/d/e缺失对药物和脂质代谢和稳态的影响。Ces1c/d/e-/-小鼠在血浆、脾脏和肺中对抗癌前药伊立替康转化为其活性代谢物SN-38的能力明显受损。Ces1c/d/e-/-小鼠口服抗癌前药卡培他滨转化为5-DFCR的血浆水解也显著降低。这些发现解释了以前未解释的FVB/NKI药代动力学异常。在中等脂肪饮食中，Ces1c/d/e-/-雌性小鼠表现出适度的体重增加、卵巢脂肪组织（gWAT）的轻度炎症和棕色脂肪组织（BAT）的脂质负荷增加。Ces1c/d/e-/-雄性小鼠表现出gWAT更明显的炎症和BAT的脂质负荷增加。在5周高脂肪饮食暴露下，Ces1c/d/e缺陷使肥胖、肝脏肥大和脂肪变性、葡萄糖不耐受和胰岛素抵抗的发展易感性增加，gWAT炎症严重，BAT脂质负荷增加。肝脏蛋白质组学分析显示，Ces1c/d/e-/-小鼠中急性期反应被激活，这可能有助于肥胖相关慢性炎症和不良代谢疾病的发生。虽然Ces1c/d/e缺陷明显加剧了代谢综合征的发展，但长期（18周）高脂肪饮食暴露掩盖了许多，尽管并非全部，观察到的表型差异[6]。

一项研究调查了年龄对雄性和雌性小鼠肝脏中外源物质处理酶和转运蛋白的mRNA谱的影响。衰老是一个生理过程，其特征是随着时间的推移，各种器官的功能逐渐下降。为了揭示老年个体中外源物质处置和毒性改变的可能的分子机制，研究人员在3至27个月龄的雄性和雌性小鼠肝脏中表征了101个外源物质处理基因（XPGs）的年龄依赖性mRNA谱，包括七个摄取转运蛋白、41个I相酶、36个II相酶、10个外排转运蛋白和七个转录因子。在雄性和雌性小鼠的一生中，52个XPGs的性别差异（在五个或更多年龄时显著）被观察到，包括15个男性优势基因（如Oatp1a1、Cyp3a11、Ugt1a6a、Comt和Bcrp）和37个女性优势基因（如Oatp1a4、Cyp2b10、Sult1a1、Ugt1a1和Mrp3）。在衰老过程中，101个XPGs中44%的mRNA水平在雄性小鼠中发生变化，63%在雌性小鼠中发生变化。在雄性小鼠中，40个XPGs（如Oatp1a1、Ces2c、Gstm4、Gstp1和Ces1e）的mRNA水平在老龄小鼠（21个月龄以上）中较低，而4个XPGs（如Oat2和Gstm2）的mRNA水平在老龄小鼠中较高。在雌性小鼠中，43个XPGs（如Oatp1a1、Cyp1a2、Ces1f、Sult3a1、Gstt2、Comt、Ent1、Fmo3和Mrp6）的mRNA水平在老龄小鼠中较低，而21个XPGs（如Oatp1a4、Nqo1、Adh7、Sult2a1/2、Gsta1和Mrp4）的mRNA水平在老龄小鼠中较高。总之，在101个XPGs中，51%的XPGs在小鼠的一生中表现出性别差异的肝脏mRNA水平；在老龄雄性小鼠中，40%的XPGs的mRNA水平较低，在老龄雌性小鼠中，43%的XPGs的mRNA水平较低[7]。

综上所述，基因Ces1e是哺乳动物羧酸酯酶基因家族中的一个重要成员，编码参与体内异生物质、药物和脂质代谢的酶。Ces1e的表达和活性受多种因素影响，包括性别、年龄和疾病状态。例如，17β-雌二醇通过激活c-Jun/AP-1通路抑制Ces1e的表达，而Bmal1基因控制CES1的表达和活性的昼夜节律。此外，二甲双胍通过激活AMPK和JNK信号通路抑制Ces1e的表达和活性，而2型糖尿病通过Akt/mTOR/HIF-1α/Stra13（DEC1）通路降低Ces1e的表达和活性。这些研究结果表明，Ces1e的表达和活性受到复杂的多因素调控，这些调控机制在药物代谢、代谢综合征和其他疾病的发生和发展中起着重要作用。未来的研究需要进一步阐明Ces1e的调控机制及其在疾病中的功能，为开发新的治疗策略和改善患者预后提供理论依据。