与人类脂代谢紊乱高度相似的基因工程仓鼠模型的构建

Genetically engineered mice are currently the choice of model animals for studies on lipid metabolism. However, the differences in lipid metabolism between mice and humans are enormous. Hamsters, on the other hand, are highly similar to human in lipid metabolism and have been widely used in related research. Due to technical difficulties, no genetic engineered hamsters have been reported in the literatures thus far, limiting the full use of hamsters. In recent years, we have generated several types of genetically engineered mice, rabbits and miniature swine models of lipid metabolism. We have also accumulated extensive experiences in past years using hamsters for studies on lipid metabolism. Therefore, we sought to work on creating genetically engineered hamstersto fully capitalize this unique useful animal model. After perfecting a patented technology to solve the major problem, the blockade of fertilized egg division, we developed a specific procedure for hamster superovulation, fertilized egg harvesting, perivitelline space microinjection and embryo transfer. By using lentiviral vector carrying green fluorescence protein (GFP) gene transgenic hamsters overexpressing GFP were successfully generated and the work was published in highly reputable journal Cell Research.Based on this breakthrough in transgenic hamster technology we proposed to generate ApoC3 and PCSK9 transgenic hamsters to develop 2 models for hypercholesterolemia and hypertriglyceridemia, the 2 types of the most common disorders in human lipid metabolism. These 2 genetically engineered hamsters will be fully characterized through the systemic phenotypic analysis and theirmajor characteristics in lipid metabolism and atherosclerosis will be identified. The results of proposed study would therefore open and lead a new research field of genetically engineered hamsters as disease models for metabolic cardiovascular research.

基因工程小鼠是当前用于脂代谢研究的主要模式动物，但其脂代谢与人类有很大的差异。仓鼠则与人类脂代谢高度相似，曾广泛应用于相关研究。由于存在技术瓶颈，国内外以往没有关于基因工程仓鼠的报道，由此限制了仓鼠的充分利用。申请人近年来成功构建了多种基因工程小鼠、家兔和小型猪脂代谢紊乱模型；并根据过去应用仓鼠进行脂代谢研究所积累的经验，开展了构建基因工程仓鼠的探索工作。在研发出专利技术，解决了仓鼠受精卵发育阻滞这一特殊难题后，应用透明带下显微注射慢病毒方法，构建成功了GFP转基因仓鼠品系。论文发表于Cell Res后，在国际上引起了强烈反响。在此突破的基础上，本课题拟构建ApoC3和PCSK9转基因仓鼠，以获得高胆固醇和高甘油三酯血症两种与人类最常见的脂代谢紊乱高度相似的基因工程仓鼠品系；并通过系统的表型分析，明确其脂代谢紊乱和动脉硬化发病特点，开创和引领一个应用基因工程仓鼠研究代谢性心血管病的新领域。

人类疾病动物模型是生物医学研究中的重要工具，但我国在疾病动物模型研究方面仍然缺少源头创新、具有国际先进水平的成果。虽然目前有各种基因工程小鼠用于人类疾病研究，但由于小鼠与人类多方面的差异，以基因工程小鼠建立的疾病模型与人类疾病有很大差别。因此创建拟人化的人类疾病模型就非常必要。猪与猴虽然与人类相似程度高，但是基因工程操作技术难度大，成本高昂，实验时间冗长，限制了这些物种的广泛应用。.我们应用与人类在脂代谢及心血管疾病方面相似的仓鼠，开展了拟人化脂代谢紊乱模型的构建研究。在解决了仓鼠受精卵体外发育的基础上，我们CRISPR-Cas9基因组编辑技术，构建了多种拟人化基因工程仓鼠疾病模型，占据了疾病动物模型的一个重要制高点。这些仓鼠模型包括LDL受体敲除的“坏胆固醇”增高冠心病模型，具有与人类相似的显性遗传特征（杂合子即发病），动脉硬化病变发生在冠状动脉（北京仓鼠）；LCAT基因敲除的“好胆固醇”消失动脉硬化仓鼠模型，血浆HDL完全消失，动脉硬化病变明显加重，与小鼠的结果相反而和人类相似（上海仓鼠）；ApoC2敲除的严重高甘油三酯血症模型，新生期死亡但可以通过静脉注射血浆和AAV-ApoC2而成功救治用于急性胰腺炎和动脉硬化研究（长沙仓鼠）。根据这些拟人化仓鼠模型总结的研究论文均发表在有影响力的SCI期刊上。其它如ABCA1、ApoC3、SRA等敲除的仓鼠模型也均分别获得了基金委面上项目的进一步资助。.基因工程仓鼠成果目前已成功转化。我们通过京津冀精准心血管病联盟，在石家庄建立了具有上万个仓鼠饲养笼位的河北伊维沃公司，专门从事基因工程仓鼠的产业化发展，于近期获得了SPF级别仓鼠的使用和生成许可证，为阜外医院、武汉大学、诺和诺德制药公司、诺华制药公司以岭药业集团公司等教学科研机构提供了有关基因工程仓鼠的科研和商业服务。基因工程仓鼠疾病模型的推广应用，将弥补基因工程小鼠在脂代谢及心血管疾病研究中的不足，开创一个属于中国的、应用基因工程仓鼠于心血管病转化医学研究的新时代。