Gh-KO 基因敲除小鼠

人类生长激素（Growth Hormone，GH）是一种异质性蛋白质激素，存在于多个异构体中。这种异质性源于基因组水平、mRNA剪接、翻译后修饰和代谢等方面。在17号染色体上，GH基因簇包含2个GH基因（GH1或GH-N和GH2或GH-V），以及2（-3）个编码相关绒毛膜促生长激素的基因。GH1基因的转录本通过选择性剪接产生两种产品：22K-GH（主要的垂体GH形式）和20K-GH。翻译后修饰的GH形式包括N(α)-酰化、脱酰胺化和糖基化单体GH形式，以及非共价和二硫键连接的寡聚体，至少可形成五聚体GH。在周围代谢过程中生成的GH片段可以在GH免疫测定中检测到。GH-N基因在垂体中表达，而GH-V基因则在胎盘表达。垂体GH形式的分泌受下丘脑控制呈脉冲式，而胎盘GH-V的分泌则呈持续性，并在妊娠的第2和第3个三个月期间在母体血液中逐渐升高。垂体GH形式在分泌脉冲期间共同分泌；尚未发现异构体特异性刺激物。GH异构体之间的生长和代谢生物活性存在微小差异，这取决于物种和使用的测定系统。20K-GH和GH-V具有较差的催乳活性。与单体形式相比，寡聚体GH形式的生物活性有所降低。大多数免疫测定中，GH异构体会交叉反应，但已开发出针对22K-GH、20K-GH和GH-V的特异性测定。与22K-GH相比，20K-GH和GH寡聚体的代谢清除率延迟。血液中GH异构体的异质性混合物因存在两种GH结合蛋白而进一步复杂化，这些蛋白与GH形成复合物；异构体比例也因分泌脉冲后的滞后时间而有所不同，因为它们的半衰期不同。尿液中排出的GH形式反映了血液中的单体GH异构体，但仅占GH产生率的一小部分。GH的异质性是测定结果之间出现明显差异的重要原因之一。它也提供了区分内源性和外源性GH的机会[1]。

在孤立性生长激素缺乏症（IGHD）中，GH-1基因的突变会影响GH-1转录本的剪接，产生一种缺乏外显子3的显性阴性GH异构体，导致17.5-kDa异构体，进一步导致GH分泌途径的破坏。据报道，IGHD II表型的严重程度存在临床变异性，并且根据GH-1基因改变的程度，在体外和转基因动物数据中观察到表型的发生和严重程度与产生的17.5-kDa异构体的比例相关。该研究旨在通过比较刺激表达对野生型（wt）和突变GH-1基因产生不同GH异构体的影响来检验这一观点，依靠GH-1基因内含子1中的糖皮质激素调节元件。在没有地塞米松（DEX）的情况下，只有大约1%的wt-GH-1转录本为17.5-kDa异构体，而三个突变GH-1变体分别产生了29%、39%和78%的17.5-kDa异构体。DEX刺激了所有结构中GH-1基因的总转录。然而，值得注意的是，DEX增加了突变GH-1变体产生的17.5-kDa GH异构体的数量，而不是wt-GH-1产生的22-kDa和20-kDa异构体。在严重情况下，DEX诱导的17.5-kDa GH异构体产量增加到100%，并且可以通过添加RU486完全阻断。在其他研究中，我们测量了转染了相同GH-1结构的细胞中的细胞增殖率、annexin V染色和DNA片段化。结果表明，5'IVS-3 + 2-bp GH-1基因突变对这些指标的影响比5'IVS-3 + 6 bp或ISE +28中的剪接位点突变更为严重，这与这些突变观察到的临床严重程度一致。我们发现，从突变GH-1等位基因产生的17.5-kDa的比例随着基因表达驱动的增加而增加，这可能有助于解释IGHD II观察到的发生、进展和严重程度的差异[2]。

GH和DGAT1是羊生长性状的候选基因。该研究旨在使用三种统计方法确定Awassi羊生长性状与GH和DGAT1基因多态性之间的关联。使用PCR-RFLP方法检测多态性。在GH基因位点观察到三种基因型（AA、AB和BB），等位基因和基因型频率分别为0.70（A）和0.30（B）；0.60（AA）、0.20（AB）和0.20（BB）。在DGAT1基因位点发现三种基因型（CC、CT和TT），等位基因和基因型频率分别为0.58（C）和0.42（T）；0.47（CC）、0.23（CT）和0.30（TT）。基因符合Hardy-Weinberg平衡（p>0.05）。CHAID、CRT和GLM被用于确定基因多态性与生长性状之间的关联。结果表明，GH位点和身体重量以及尾巴长度之间存在关联。还发现DGAT1位点和尾巴长度之间存在关联。三种方法在确定基因和生长性状之间的关联方面显示出类似的结果。因此，CHAID和CRT方法可以评估基因和生长性状之间的关联[3]。

人类GH由GH-1基因编码，该基因属于GH基因簇，位于17号染色体长臂上约65 kb的距离。家族性孤立性生长激素缺乏症（IGHD）与至少四种孟德尔疾病相关。这些疾病包括两种具有常染色体隐性遗传（IGHD类型IA和IB）的疾病，以及常染色体显性（IGHD类型II）和X连锁（IGHD III）疾病。该研究旨在通过在PCR扩增后测序整个GH-1基因，评估所有GH-1基因改变在151名受影响个体中的流行率，这些个体来自83个具有严重IGHD（身高：<-4.5 SD评分）的家庭。在具有IGHD类型IA的家庭中，GH-1基因改变的发生率很高（8/12，66.7%），而在所有其他GH缺乏家庭中，GH-1基因缺陷的发生率较低（7/71，9.9%）。在北欧人、地中海人和亚洲人中，GH-1基因缺失的绝对发生率分别为8.7%（6/69）、11.8%（4/34）和18.7%（9/48），总体发生率为12.5%（19/151）。缺失的大小是异质性的，最常见的是6.7 kb（占78%）。此外，6%（9/151）的患者表现出GH-1基因突变，如移码、终止密码子和剪接错误。此外，总GH-1基因异常在不同人群中的发生率有所不同，北欧为11.6%，地中海国家为14.7%，亚洲为31.2%。最值得注意的是，在119名表现出IGHD最常见表型（即类型IB）的受试者中，与IGHD类型IB相关的GH-1基因突变的频率很低（1.7%，2/119）。这一发现突出了关注GH-1基因启动子区域（顺式作用元件和反式作用因子）和其他特定于GH轴的候选基因的必要性，以更详细地确定IGHD类型IB表型的遗传特征[4]。

生长激素（GH）的多种生理作用是通过基因转录的变化介导的。转录可以在多个水平上进行调节，包括转录因子的翻译后修饰，以及涉及转录因子、共调节因子和额外核蛋白的多蛋白复合物的形成；这些复合物作为激素和信号通路的调节目标。GH在多个水平上调节转录的证据可以通过分析原癌基因c-fos得到。在GH调节的c-fos转录因子中，C/EBPβ似乎起着关键作用，因为通过RNA干扰耗尽C/EBPβ会阻断GH对c-fos的刺激。C/EBPβ的磷酸化状态及其激活转录的能力受GH调节，通过MAPK和PI3K/Akt介导的信号级联进行调节。C/EBPβ的乙酰化也有助于其激活c-fos转录的能力。C/EBPβ的其他翻译后修饰似乎整合了GH的转录调节。GH还调节与DNA结合的转录因子相关核蛋白的形成。在GH刺激下，C/EBPβ和共激活剂p300被招募到c-fos，改变c-fos启动子激活。此外，GH迅速诱导C/EBPβ在细胞核中的时空重定位。因此，通过C/EBPβ介导的GH调节基因转录反映了包括翻译后修饰、与DNA相关的蛋白复合物的调节和基因调节蛋白的重定位在内的多种机制的整合。其他转录因子（包括Stats）的类似整合似乎是GH对其他基因靶点的调节的一个特征[5]。

显性遗传性孤立性生长激素缺乏症主要是由GH1基因内含子3中的杂合子供体位点突变引起的。从突变等位基因产生一个GH外显子3缺失（del32-71 GH），而从另一个等位基因产生野生型GH。几项研究表明，del32-71 GH对野生型GH分泌具有显性阴性作用，但确切的分子机制尚不清楚。我们假设未折叠的del32-71 GH在粗面内质网（ER）中积累，导致ER应激和细胞凋亡，从而促进GH缺乏。为了评估del32-71 GH介导的ER应激，我们建立了具有doxycycline（dox）控制的del32-71 GH表达的GH4C1细胞系。在23个dox控制的细胞系中的20个中，随着del32-71 GH的诱导，培养介质中野生型GH的浓度显著降低，表明这种突变的显性阴性作用。在5个选定的dox控制的细胞系中评估了细胞活力、ER应激反应基因的mRNA丰度、caspase激活和DNA片段化。在5个细胞系中的4个中，del32-71 GH的诱导降低了细胞活力，增加了3个主要ER应激反应途径（PRKR样内质网激酶[PERK]、激活转录因子-6[ATF6]和肌醇需求1[IRE1]）的表达，并诱导了caspase-3和caspase-7的激活。在4个细胞系中的1个中，证明了DNA片段化。最后，XBP1(S)的过表达，IRE1下游的一个核转录因子，完全逆转了观察到的caspase激活。这些数据表明，del32-71 GH介导的ER应激和细胞凋亡导致由于GH1基因切片位点突变而观察到的野生型GH分泌减少[6]。

综上所述，人类生长激素（GH）是一种重要的激素，在生长和发育过程中发挥着关键作用。GH基因簇的异质性导致产生了多种GH异构体，这些异构体在结构和功能上有所不同。GH-1基因的突变可能导致孤立性生长激素缺乏症（IGHD），并且这些突变会影响GH的分泌和生物活性。此外，GH-1基因的多态性与生长性状和身高之间存在关联。研究GH的异构体、突变和多态性对于理解GH的生物学功能和在生长和发育中的作用至关重要。未来的研究可以进一步探索GH在疾病发生和发展中的作用，以及如何通过调节GH来改善健康状况。