Tmprss5-KO 基因敲除小鼠

TMPRSS5，也称为Spinesin，是一种重要的跨膜丝氨酸蛋白酶。它主要在脊髓中表达，尤其是在白质星形胶质细胞中。TMPRSS5基因位于人类染色体11q23，包含13个外显子。TMPRSS5具有一个简单的II型跨膜结构，由N端的一个短细胞质结构域、一个跨膜结构域、一个含有清道夫受体样结构域的茎区以及一个丝氨酸蛋白酶结构域组成。与TMPRSS3不同，它在其茎区不携带低密度脂蛋白受体结构域。TMPRSS5的细胞外区域携带五个N-糖基化位点。其蛋白酶结构域包含His、Asp和Ser三个必需氨基酸残基，与TMPRSS2、Hepsin、HAT、MT-SP1、TMPRSS3和CORIN等蛋白质的蛋白酶结构域具有一定的相似性。TMPRSS5的成熟蛋白酶结构域在E.coli中表达并纯化后，可以被固定化的肠激酶激活，其最适pH约为10。它切割胰蛋白酶的合成底物，并被p-氨基苯甲酰甲烷磺酰氟化氢抑制，但不被抗痛或亮肽素抑制。Northern blot分析显示，TMPRSS5 mRNA在包括肝脏、肺、胎盘和心脏的人体组织中特异性地表达在脑组织中。免疫组化分析显示，TMPRSS5主要在脊髓中的神经元、它们的轴突以及运动神经元的突触中表达。此外，一些少突胶质细胞也明显被染色。这些结果表明，TMPRSS5在细胞质中合成后，通过轴突转运到突触，可能在突触中发挥重要作用[4]。

TMPRSS5在多种生物学过程中发挥作用，包括神经元可塑性、认知功能、听力、胰岛素抵抗和CMT1A等。TMPRSS5在脊髓运动神经元上的突触前分布表明，它可能对神经元可塑性具有重要意义。细胞类型特异性选择性剪接赋予这种蛋白酶多样的功能，通过调节其细胞内定位。此外，TMPRSS5还在CMT1A等疾病中发挥重要作用。在CMT1A患者中，TMPRSS5蛋白在血浆中的水平比对照组高2.07倍（P < 0.0001）。TMPRSS5主要在周围神经的施万细胞中表达。与CMT1A早期髓鞘形成缺陷一致，TMPRSS5与疾病评分（CMTES-R、CMTNS-R）、神经传导速度（尺神经CMAP、尺神经MNCV）或年龄没有显著相关性。TMPRSS5在CMT2A、CMT2E、CMT1B或CMT1X的小样本患者中也没有显著升高。这些数据确定了第一个在CMT1A患者血浆中升高的施万细胞特异性蛋白，这可能为临床试验提供了一种疾病标志物和治疗反应性生物标志物，具有良好的疾病特异性[2]。

TMPRSS5还可能在听力方面发挥作用。除了TMPRSS3之外，另一个TMPRSS基因对于听力也是必不可少的。事实上，缺乏Hepsin（Hpn）也称为Tmprss1的小鼠表现出严重的听力丧失。此外，TMPRSS2、TMPRSS5和CORIN，也称为TMPRSS10，根据其在内耳组织中的表达和位于聋病位点PKSR7、DFNB24和DFNB25的映射位置，也显示出强烈的参与听力功能的可能性。这些四个TMPRSS基因在大规模突变筛查中进行了突变筛查，筛查了DFNB24和DFNB25聋病家庭的受影响成员，以及362例散发性聋病例。这项大规模突变筛查揭示了大量的新型序列变异，包括TMPRSS5基因中的三个可能的致病性突变。TMPRSS5的突变形式显示出降低或缺失的蛋白水解活性。随后，具有聋病参与证据的TMPRSS基因得到进一步表征，并确定了它们的表达位点。Tmprss1、3和5蛋白在螺旋神经节神经元中被检测到。Tmprss3也存在于Corti器中。TMPRSS1和3蛋白似乎稳定地锚定在内质网膜上，而TMPRSS5也检测到在质膜上。这些结果共同提供了证据，表明TMPRSS1和TMPRSS3在听力中发挥着重要而特异的作用，而TMPRSS5也可能在听力中发挥重要作用[3]。

TMPRSS5还与胰岛素抵抗有关。使用两种新衍生的近交系，研究了Zbtb16基因对地塞米松（DEX）诱导的胰岛素抵抗（IR）的影响。成年雄性大鼠的SHR-Lx.PD5PD-Zbtb16（n = 9）和SHR-Lx.PD5SHR-Zbtb16（n = 98）分别喂食标准饮食（STD），然后连续3天在饮用水中给予DEX（2.6µg/ml）。在DEX处理前后，评估了两种近交系的形态计量学和代谢特征，包括口服葡萄糖耐量试验、甘油三酯（TGs）、游离脂肪酸、胰岛素和C-反应蛋白水平。通过放射性标记葡萄糖的掺入量确定了骨骼肌和内脏脂肪组织的胰岛素敏感性。SHR-Lx.PD5SHR-Zbtb16大鼠品系的差异区域跨越563kb，包含六个基因：Htr3a、Htr3b、Usp28、Zw10、Tmprss5和部分Drd2。SHR-Lx.PD5PD-Zbtb16最小近交系在SHR基因组背景下仅包含Zbtb16基因，其差异区域跨越254kb。与SHR-Lx.PD5SHR-Zbtb16相比，SHR-Lx.PD5PD-Zbtb16品系的总体体重显著增加，然而，没有观察到脂肪组织库重量的差异。在喂食STD的大鼠中，两种品系在代谢特征方面没有发现主要差异，但在DEX处理后，SHR-Lx.PD5PD-Zbtb16近交系显示出TGs、葡萄糖水平和胰岛素对脂肪分解的钝化抑制作用增加。SHR-Lx.PD5PD-Zbtb16品系中，基础和胰岛素刺激的放射性标记葡萄糖掺入骨骼肌糖原均显著降低，但两种品系的脂肪组织胰岛素敏感性相当。在近交系SHR-Lx.PD5PD-Zbtb16中，DEX处理后观察到的代谢紊乱包括胰岛素耐受性受损、血脂异常和骨骼肌胰岛素抵抗，揭示了Zbtb16位点可能是GC治疗副作用的一个可能的致敏因子[1]。

TMPRSS5还可能与心血管疾病风险有关。使用来自Cohorts for Heart and Aging Research in Genomic Epidemiology（CHARGE）联盟中十个队列的欧洲血统个体的样本，进行了横断面和前瞻性分析，以检查遗传变异与心肌梗死（MI）、冠状动脉疾病（CHD）和这些事件后的全因死亡率之间的关联。对于常见事件，共包括27,349名欧洲血统的参与者，包括1831例常见MI病例和2518例常见CHD病例。对于新发病例，共包括55,736名欧洲血统的参与者（3,031例新发MI病例和5,425例新发CHD病例）。在3,751例MI和CHD病例中，有1,860例全因死亡，这些病例来自六个参与了全因死亡率分析的队列。在每个队列中分别进行了单变异和基因分析，然后对每个结果进行荟萃分析。在PLCL1中，一个低频内含子变异（rs988583）与常见MI显著相关（OR = 1.80，95%置信区间：1.43，2.27；P = 7.12 × 10^-7）。我们对具有累积小等位基因计数（cMAC）≥ 5且变异体小等位基因频率（MAF）< 5%的基因进行了基因分析。TMPRSS5和LDLRAD1分别与常见MI和CHD显著相关，而RC3H2和ANGPTL4分别与常见MI和CHD显著相关。没有发现与MI或CHD事件后的全因死亡率显著相关的位点。这项研究确定了四个新的与心血管疾病风险相关的位点（PLCL1、RC3H2、TMPRSS5和LDLRAD1），这些位点值得进一步研究[5]。

TMPRSS5还可能与年龄相关性白内障有关。白内障是全世界导致失明的最主要原因。年龄相关性白内障是可遗传的（h2 = 0.48），但关于这种疾病的特定遗传因素知之甚少。这里报道了国际白内障遗传学联盟进行的一项迄今为止最大规模的跨民族荟萃分析，包括基因组关联研究的发现队列（N = 14,151）和验证队列（N = 52,999）。研究证实了CRYAA（rs7278468，P = 2.8 × 10^-16）与白内障的已知遗传关联，并确定了五个与这种疾病相关的新位点：SOX2-OT（rs9842371，P = 1.7 × 10^-19）、TMPRSS5（rs4936279，P = 2.5 × 10^-10）、LINC01412（rs16823886，P = 1.3 × 10^-9）、GLTSCR1（rs1005911，P = 9.8 × 10^-9）和COMMD1（rs62149908，P = 1.2 × 10^-8）。结果表明，年龄相关性白内障与先天性白内障和眼部发育基因之间存在着强烈的联系，并且在维持老年眼睛晶状体完整性方面，共同遗传变异的重要性[6]。

综上所述，TMPRSS5是一种重要的跨膜丝氨酸蛋白酶，参与调控多种生物学过程，包括神经元可塑性、认知功能、听力、胰岛素抵抗和CMT1A等。TMPRSS5在多种疾病中发挥重要作用，包括胰岛素抵抗、CMT1A、心血管疾病和年龄相关性白内障。此外，TMPRSS5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。TMPRSS5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。