小鼠云课堂︱肾纤维化、腺癌动物研究模型—Snai1基因敲除小鼠

来源︱赛业生物订阅号

责编︱王思珍，方以一

编辑︱方以一

Snai1基因的突变与多种疾病有着密不可分的关系。除了与胚胎发育异常之外，它还与一些重度疾病有关，如胃食管交界处腺癌和肾纤维化。

一、Snai1基因简介

该基因编码的核蛋白在结构上与果蝇蜗牛蛋白相似，可下调中胚层及内外胚层基因的表达，在胚胎中胚层发育形成过程中发挥重要作用。该基因的突变与多种疾病相关，如胃食管交界处腺癌和肾纤维化。其相关通路包括PIP3激活AKT信号传导和中胚层传递通路。

图1 Snai1基因相关信息

（图源：RDDC罕见病数据中心）

（https://rddc.tsinghua-gd.org/details/gene?gene=2KNX0m）

二、Snai1相关疾病介绍

Snai1基因参与诱导上皮间质转化(EMT)、胚胎中胚层的形成和维持、生长停滞、存活和细胞迁移，该基因的突变与多种疾病相关，如胃食管交界处腺癌和肾纤维化。

肾纤维化是一种肾小管上皮细胞（TEC）转变为具有间充质特征细胞的疾病，该病的诱因有肾脏受创伤、感染、炎症、血液循环障碍及免疫反应等刺激，导致固有细胞受损，进一步发展为大量胶原沉积和积聚，造成肾实质逐渐硬化并形成瘢痕，最终导致肾脏功能减退、丧失。研究表明，该病尚无有效的治疗方法，其发生率呈上升趋势[1, 2]。

腺癌是一种涎腺上皮发生的恶性肿瘤，结构不一，多见于乳腺、肺、消化系统、前列腺等，该病的临床症状的表现取决于肿瘤的位置，一般表现为顽固性、刺激性呛咳，痰带血点或血丝，胸闷刺痛或膈肌麻痹等症状。其病理变化可见肿瘤细胞呈异型性、结构不一，大多无包膜，质地中等硬度，切面多呈灰白色。研究表明，腺癌多呈浸润性生长，多采用广泛扩大切除的手术进行治疗，术后辅以放射治疗[3, 4]。

三、Snai1小鼠模型表型介绍

Murray[5]等研究人员在Snai1基因1号外显子5’端和2、3号外显子之间分别插入loxp位点，产生Snai1^flox/flox小鼠（图2）。

图2 Snai1^flox/flox小鼠构建方式[5]

（图源：Murray SA, et al., Genesis, 2006）

1、肾纤维化表型

Prunotto[1]等人将Snai1^flox/flox与α-actin-Cre-ER杂交，产生肾小管特异性Snai1敲除小鼠（Snai1^-/-）。研究表明，肾纤维化单侧输尿管梗阻（UUO）7天后，Snai1^-/-小鼠肾脏Snai1 mRNA含量降低40%，Snai1^-/-小鼠肾脏组织学表现为肾小管间质病变。类似地，野生型（WT）小鼠表现为肾小管损伤（管腔扩张、管腔内碎片和扁平小管上皮细胞）、间质纤维化和间质炎症。Snai1^-/-小鼠平均纤维化程度低于WT小鼠（图3）。综上所述，Snai1基因的缺失可减少肾纤维化并改善肾小管健康[2]。

图3 Snai1^-/-小鼠肾纤维化表型[1]

图注：A：野生型(WT)和Snai1条件性KO小鼠中的Snai1 mRNA水平。在UUO后7天，通过定量RT-PCR测定来自WT和Snai1条件性KO小鼠(Snai1^-/-)的阻塞肾脏中的Snai1 mRNA水平。B：WT和Snai1^-/-小鼠的肾组织学和免疫组织化学分析。图像显示苏木精和伊红以及天狼星红染色的切片，并显示α-平滑肌肌动蛋白(α-SMA)和纤连蛋白免疫组织化学。C：天狼星红染色和免疫化学在WT和Snai1^-/-小鼠中的定量形态测量分析。天狼星红染色量化为整体皮质纤维化的百分比。α-SMA、纤连蛋白和E-钙粘蛋白免疫组化定量为阳性面积的百分比。IBA1和CD3免疫组化定量为每个标准总面积的阳性间质细胞数。图片展示了来自WT和Snai1^-/-小鼠的阻塞(L)和对侧非阻塞(NL)肾脏的数据。免疫组织化学结果的定量形态学分析未显示Snai1^-/-和WT小鼠在纤维化（α-SMA和纤连蛋白）、上皮粘附分子标记物（E-钙粘蛋白）和炎性细胞浸润（巨噬细胞IBA1和淋巴细胞CD3）方面的统计学显着差异。

（图源：Prunotto M, et al., Am J Pathol, 2016）

2、腺癌表型

Loubat[4]等研究人员将Snai1^flox/-小鼠与β-actin Cre-ER杂交，产生胰腺间充质细胞特异性Snai1敲除小鼠（Snai1^flox/+）。研究发现，Snai1基因在间充质细胞中表达，该间充质细胞位于结缔组织增生或腺泡结构区域的间质中。Snai1基因的缺失未显著改变肿瘤的重量，但Snai1^flox/+小鼠肿瘤中成熟腺泡细胞比例显著低于野生型小鼠（Snai1^flox/-）。3.5月龄时，Snai1^flox/-小鼠腺泡特征的肿瘤百分比高于Snai1^flox/+小鼠，Snai1^flox/+小鼠肿瘤表型主要为导管（腺泡-导管化生或导管腺癌）。Snai1^flox/+小鼠肿瘤中富含淀粉酶，肿瘤中含更高水平的CK19（图4）。结果表明，Snai1是维持胰腺腺泡所必需的，Snai1的缺失增加了腺泡导管发生进而促进导管腺癌的发展。

图4 Snai1^flox/-小鼠腺癌表型[4]

（本文献中Snail1与Snai1指同一基因）

图注：小鼠2.5月龄注射TAM诱导Cre重组酶以敲除Snai1基因，一月后研究肿瘤大小及特征。A：分析Snai1的表达。B：分析肿瘤的大小。C与D：分析肿瘤的腺泡、导管的组成，根据淀粉酶和CK19的表达确定腺泡或导管表型和肿瘤的表型。E：通过蛋白质印迹分析小鼠CK19、淀粉酶、PyrK蛋白表达。

（图源：Loubat-Casanovas J, et al., Oncotarget, 2016）

总结

小鼠Snai1功能的丧失所致的肾纤维化及肿瘤疾病具有潜在临床价值，对该基因的深入研究有助于探讨肾纤维化及肿瘤疾病的发病机制，能够为相关疾病的治疗和预防提供新的研究方向。

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参考文献（上下滑动阅读） 

[1] Prunotto M, Chaykovska L, Bongiovanni M, Frattini M, Cagarelli T, Weibel F, Bruschi M, de Herreros AG, Moll S. Tubular Cytoplasmic Expression of Zinc Finger Protein SNAI1 in Renal Transplant Biopsies: A Sign of Diseased Epithelial Phenotype? Am J Pathol. 2017 Jan;187(1):55-69. doi: 10.1016/j.ajpath.2016.09.017. Epub 2016 Nov 15. PMID: 27863213.

[2] Lovisa S, LeBleu VS, Tampe B, Sugimoto H, Vadnagara K, Carstens JL, Wu CC, Hagos Y, Burckhardt BC, Pentcheva-Hoang T, Nischal H, Allison JP, Zeisberg M, Kalluri R. Epithelial-to-mesenchymal transition induces cell cycle arrest and parenchymal damage in renal fibrosis. Nat Med. 2015 Sep;21(9):998-1009. doi: 10.1038/nm.3902. Epub 2015 Aug 3. PMID: 26236991; PMCID: PMC4587560.

[3] David CJ, Huang YH, Chen M, Su J, Zou Y, Bardeesy N, Iacobuzio-Donahue CA, Massagué J. TGF-β Tumor Suppression through a Lethal EMT. Cell. 2016 Feb 25;164(5):1015-30. doi: 10.1016/j.cell.2016.01.009. Epub 2016 Feb 18. PMID: 26898331; PMCID: PMC4801341.

[4] Loubat-Casanovas J, Peña R, Gonzàlez N, Alba-Castellón L, Rosell S, Francí C, Navarro P, García de Herreros A. Snail1 is required for the maintenance of the pancreatic acinar phenotype. Oncotarget. 2016 Jan 26;7(4):4468-82. doi: 10.18632/oncotarget.6785. PMID: 26735179; PMCID: PMC4826219.

[5] Murray SA, Carver EA, Gridley T. Generation of a Snail1 (Snai1) conditional null allele. Genesis. 2006 Jan;44(1):7-11. doi: 10.1002/gene.20178. PMID: 16397867.

本文完