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药康新品推介|肥厚性心肌病基因编辑小鼠模型

肥厚型心肌病(Hypertrophic cardiomyopathy , HCM)主要是由于编码肌小节相关蛋白基因致病性变异导致的、或病因不明的以心肌肥厚为特征的心肌病,其主要特征为左心室壁增厚、不对称室间隔肥大、左心室腔缩小、左心室射血分数保留或增强,需排除其他的心血管疾病或全身性、代谢性疾病引起的心室壁增厚[1,3]。根据血流动力学特点可分为梗阻性HCM和非梗阻性HCM,是目前临床最常用的分型方法。常用诊断方法包括心肌细胞活检、超声心动图、心电图、心室造影等。

图1:肥厚性心肌病模式图(图源:Cleveland Clinic网站)

HCM是一种全球性的疾病,早期流行病学调查显示,普通成人HCM患病率为0.16%~0.23%,平均为0.20%(1/500)。随着基因检测技术以及心脏磁共振检查等现代心脏影像学技术的发展,既往不能识别或容易漏诊的HCM表型得到确诊,其真实流行率可以达到1/200(0.5%)[1]。通常,肥厚型心肌病发病于成年早期或青春期晚期,但仍有一定比例的患者显现出早发或延迟发病。

HCM证据充分且明确的致病基因有很多,其中以MYH7编码β-肌球蛋白重链,人左心室肌球蛋白重链二聚体的主要单体MYBPC3编码心肌肌球蛋白结合蛋白C基因变异所占比例尤多,约占所有肌小节变异患者的 80%~90%。除了MYBPC3 基因外,导致HCM的肌小节变异主要以错义突变为主,而MYBPC3基因的致病变异超过半数为插入 / 缺失或剪接位点变异,导致截短蛋白表达或者基因功能部分或全部失活[1]

虽然MYH7是人HCM高频致病突变基因之一,然而使用啮齿动物模拟人MYH7突变,进行肥厚型心肌病相关研究时,通常不会选择突变直系同源的Myh7基因,而会选取Myh6(编码α-肌球蛋白重链)作为突变基因,这是由于,包含小鼠在内的成年啮齿动物左心室中MYH7表达量低,且较少参与心室肌球蛋白重链二聚体组成,而MYH6是成年啮齿动物左心室中主要的亚型[4]。同时,哺乳动物中Myh6Myh7基因的同源性较高,在进化上保守,人MYH7蛋白与鼠MYH6蛋白序列相似度达到92%以上,因此多数人HCM在MYH7上的致病突变能够在小鼠Myh6上进行突变模拟,构建相应的动物模型。研究表明,Myh6基因突变的小鼠模型已被应用于小分子抑制剂MYK-461的药效测试上,并得到了良好的效果[2]

集萃药康利用基因编辑技术分别对C57BL/6JGpt小鼠的Myh6Mybpc3基因进行了编辑,获得了Myh6 R404Q点突变小鼠模型(NO. T051403 https://www.gempharmatech.com/shop/detail/58437.html)和Mybpc3 KO敲除小鼠模型(NO.T027708  https://www.gempharmatech.com/shop/detail/30390.html)。

Myh6 R404Q 小鼠数据展示

图2:Myh6 R404Q +/- 左心室出现增厚且心脏收缩功能增强

5月龄的Myh6 R404Q +/- 小鼠与野生型对照小鼠相比,LVID;d、LVID;s、LVESV、LVEDV显著降低,LVPW;d、LVPW;s、LVAW;s、EF、FS显著升高。提示Myh6 R404Q +/- 小鼠出现左心室壁增厚,心室容积下降,心脏收缩功能增强的现象,说明Myh6 R404Q +/- 小鼠与人的HCM拥有相似的表型,可作为HCM研究的小鼠模型。

Mybpc3 KO 小鼠数据展示

图3:Mybpc3 KO -/- 心室出现扩张和增厚的现象

相比于野生型和Mybpc3 KO +/- 敲除小鼠,2月龄Mybpc3 KO -/- 敲除小鼠左心室内径(LVID;d、LVID;s)、舒张期心室壁(LVPW;d、LVAW;d)、心室容积(LVESV、LVEDV)都显著增加,而心脏收缩功能参数(EF和FS)显著降低,提示Mybpc3 KO -/- 小鼠产生心肌肥厚和类扩张性心肌病表型,并伴随一定程度的心脏功能衰竭。

集萃药康开发的Myh6 R404Q小鼠表现为心肌肥厚且心脏收缩能力增强的表型,而Mybpc3 KO小鼠表现为心肌扩张且增厚,并且带有先天性心衰的表型。这两款小鼠模型都可以作为肥厚性心肌病模型,但由于其表型不同,应用场景也会有所差别,为肥厚性心肌病机制探索和药物开发赋能。

参考文献:

1、国家心血管病中心心肌病专科联盟, 中国医疗保健国际交流促进会心血管病精准医学分会“中国. 成人肥厚型心肌病诊断与治疗指南2023”专家组. 中国成人肥厚型心肌病诊断与治疗指南2023[J]. 中国循环杂志, 2023, 01, 38 (1).

2、Eric M. Green, Hiroko Wakimoto, Robert L. Anderson,et al. A small-molecule inhibitor of sarcomere contractility suppresses hypertrophic cardiomyopathy in mice. Science. 2016 Feb 5;351(6273):617-21.

3、Marian AJ. Molecular Genetic Basis of Hypertrophic Cardiomyopathy. Circ Res. 2021 May 14;128(10):1533-1553.

4、Ntelios D, Meditskou S, Efthimiadis G, Pitsis A, Zegkos T, Parcharidou D, Theotokis P, Alexouda S, Karvounis H, Tzimagiorgis G. α-Myosin heavy chain (MYH6) in hypertrophic cardiomyopathy: Prominent expression in areas with vacuolar degeneration of myocardial cells. Pathol Int. 2022 May;72(5):308-310.

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