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先天性脂肪营养不良4型(CGL4)是一种非常罕见的常染色体隐性遗传疾病,由基因CAVIN1(也称为聚合酶I和转录释放因子(PTRF))的突变引起,主要表现为全身性的脂肪细胞缺失和肌肉萎缩,后期常伴有胰岛素抵抗、糖尿病和高甘油三脂血症1,2.Cavin1的全身性敲除小鼠表现出与CGL4病人相似的病理特征3。因此研究Cavin1敲除小鼠可以揭示Cavin1的功能和分子机制,为CGL4患者提供可能的治疗或关怀。
复旦大学遗传工程国家重点实验室洪尚宇课题组与中科院上海生化细胞所廖侃研究员和陈正军研究员课题组合作研究发现,当把Cavin1敲除小鼠回交到纯C57BL/6J背景时,新生的Cavin1敲除小鼠出现严重的低血糖症并在出生后数小时内死亡。如果在小鼠出生后立刻注射葡萄糖则能够帮助Cavin1敲除小鼠度过这段血糖缺乏时期,直到它们可自行获得母乳并存活。进一步的研究表明Cavin1缺失导致肝脏糖原储存和分解异常,并引起血糖调控紊乱。但有意思的是,Cavin1并不在肝实质细胞中表达。免疫染色和肝脏单细胞RNA测序分析结果显示Cavin1主要在肝脏中的内皮细胞和肝星状细胞中表达。洪尚宇课题组与合作团队通过透射电子显微镜和扫描电子显微镜观察小鼠肝内血管形态发现Cavin1敲除小鼠的肝血窦内皮细胞(LSECs)上的窗孔结构的密度比野生型小鼠显著减少。LSECs上的窗孔结构对于肝脏与血液之间的物质交换至关重要,会因激素,药物和毒素等外部刺激而改变数量和直径并影响葡萄糖,脂质,蛋白质和其他分子通过内皮细胞形成的血管屏障到达肝实质细胞周围4-6。注射已知的窗孔抑制剂能够显著的抑制野生型小鼠在饱食时肝糖原的合成和饥饿时糖原的分解。而注射微丝解聚剂红海绵毒素A则能够增加Cavin1敲除小鼠的LSECs上的窗孔数目,并改善Cavin1敲除小鼠的新生小鼠存活率。因此,Cavin1敲除通过减少小鼠LSECs窗孔结构,抑制肝实质细胞与血液的物质交换,从而破坏糖原与血糖的平衡关系并导致新生低血糖和死亡。近年来,LSECs上的窗孔结构在生理和病理中的作用引起了越来越多的