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近日，北京希諾谷生物科技有限公司與中國科學院廣州生物醫藥與健康研究院合作，利用單堿基編輯器對葡萄糖激酶進行點突變，成功培育出世界首例人類永久性新生兒糖尿病犬模型，相關論文“Generation of permanent neonatal diabetes mellitus dogs with glucokinase point mutations through base editing”（點擊鏈接查看原文）在線發表于Cell Discovery 雜志（IF:10.849）。
糖尿病是繼心血管疾病及腫瘤后的第三大疾病。目前，全世界糖尿病患者已超過4億，中國糖尿病患者已超過1億。其中，部分病例發生于新生兒時期，是由與分泌胰島素的?細胞功能相關的基因突變導致的遺傳性糖尿病。葡萄糖激酶（GCK）是葡萄糖代謝過程中的第一個限速酶，也是葡萄糖濃度感受器，在調節血液葡萄糖濃度中起著關鍵作用。GCK基因突變在青少年糖尿病中所占比例較大，且大多數為單基因突變，純合或復合型的雜合突變會導致GCK蛋白完全失活，患者表現出永久性新生兒糖尿病，以出生第一天開始高血糖、生長緩慢、永久依賴胰島素為特征，患者終身需要注射外源胰島素才能夠存活。
獲取能夠準確模擬人類該疾病的動物模型對疾病的發生機制研究和開發新的治療手段具有重大意義。犬是一種雜食性動物，在代謝、生理和解剖特征等方面與人類非常接近，因此是研究人類糖尿病的理想動物模型。
該研究首次嘗試利用單堿基編輯器對犬GCK基因進行點突變，使GCK基因上的CAG密碼子完成C到T的轉變，從而引入終止密碼子，提前終止GCK的翻譯，使GCK蛋白完全失去活性。其過程是首先從供體犬獲取受精卵，借助顯微操作系統將體外轉錄的堿基編輯器效應蛋白的mRNA和sgRNA注射到受精卵中，然后將完成注射的受精卵移植入代孕犬的輸卵管內，使其在體內繼續發育成熟并分娩。本實驗總共移植56枚受精卵，產下17只小狗，有4只GCK基因編輯狗，其中3只為純合突變，1只為嵌合體。GCK基因點突變小狗剛出生就表現出高血糖癥狀，且生長緩慢，如果不注射外源胰島素，新生犬將在兩周內死亡，如果出生后第一天就開始注射胰島素，新生犬的血糖濃度趨于正常水平，可以長期存活，同時體重與正常的狗相比也得到很大程度的恢復。RNA測序分析發現，注射外源胰島素的GCK-PNDM犬通過促進脂類和脂肪酸等的代謝使其維持在一個相對正常的水平，從而使其能夠存活更長的時間，這些特征都與人類GCK-PNDM疾病癥狀一致。因此，該單堿基基因編輯犬將為研究人類新生兒糖尿病的發生機制和開發新的治療方法，如藥物治療、干細胞治療和基因治療等提供理想的動物模型。
圖：注射外源胰島素的糖尿病模型犬，能夠長期存活。
左邊純合突變體，右邊嵌合突變體
中國科學院廣州生物醫藥與健康研究研究院賴良學研究員與北京希諾谷生物有限公司米繼東董事長為所發表論文的共同通訊作者，王曉民、梁艷慧和趙建平為共同第一作者。相關工作得到了國家重點研發計劃、中科院戰略先導項目、廣東省和廣州市科技計劃項目等的支持。
