Nqo1基因是NAD(P)H脫氫酶（醌）家族的成員，該基因的突變與遲發(fā)性運動障礙（TD）有關(guān)。Nqo1基因催化醌及其衍生物的雙電子還原，包括偶氮染料和硝基芳香族化合物。與正常組織相比，Nqo1在某些腫瘤類型中表達更高，目前已被用于開發(fā)生物還原性化療制劑。與Nqo1相關(guān)的疾病包括遲發(fā)性運動障礙和結(jié)腸腺癌。

賽業(yè)生物《每周一鼠》，每周五更新，為大家講解一個小鼠模型的故事，希望對大家了解不同的小鼠模型有所幫助。今天和大家見面的是Nqo1基因敲除小鼠。

Nqo1基因簡介
Nqo1基因是一個蛋白質(zhì)編碼基因，具有種族特異性，人Nqo1位于16q22.1，長為20kb，含6個外顯子和5個內(nèi)含子，編碼274個氨基酸的黃素蛋白酶，其廣泛分布于絕大多數(shù)真核生物細胞胞漿，如上皮細胞、內(nèi)皮細胞、神經(jīng)細胞、膠質(zhì)細胞、乳腺癌細胞等，是抗氧化損傷和保護細胞的主要因子。在各種環(huán)境因素（如缺氧、物質(zhì)依賴等）刺激下可誘導(dǎo)Nqo1表達，Nqo1缺失或失活可引起細胞對應(yīng)激源敏感性增高。

Nqo1通過催化醌類化合物及衍生物進行雙電子氧化-還原反應(yīng)，其產(chǎn)物氫醒能在細胞內(nèi)穩(wěn)定結(jié)合或排泄出來，可防止醌類及氧自由基等因素損傷細胞DNA，進而減低醌類化合物的致癌和致畸性的危害，從而保護細胞免受氧化還原循環(huán)和氧化應(yīng)激的損傷^[1-2]。研究發(fā)現(xiàn)，應(yīng)激源可刺激激活Nqo1表達，通過CAMP、鈣通道、ERK1/2、JNK和PI3K/PKB等信號通路發(fā)揮相應(yīng)的病理生理作用。
 

圖1 Nqo1基因相關(guān)信息
來源：RDDC罕見病數(shù)據(jù)中心

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

Nqo1敲除小鼠模型的應(yīng)用

1.皮膚癌
Nqo1基因能夠保護細胞免受氧化還原循環(huán)、氧化應(yīng)激的影響，同時還能夠降低腫瘤形成的可能性，Nqo1缺失的小鼠可能更容易對代謝為醌類的化學(xué)物質(zhì)發(fā)生皮膚腫瘤。據(jù)統(tǒng)計，超過2%的人群為Nqo1突變等位基因純合，不表達Nqo1基因。超過20%的人群攜帶一個突變的Nqo1等位基因，并缺乏Nqo1蛋白和活性^[3]，存在更高的化學(xué)誘導(dǎo)氧化應(yīng)激和其他相關(guān)疾病的風(fēng)險。為了研究Nqo1在已知致癌物作用下對人皮膚組織的影響，研究人員利用基因編輯技術(shù)，建立了Nqo1基因敲除小鼠模型，并分析了野生型和Nqo1敲除小鼠腫瘤生成情況和易感率。
 

圖2 BPDE誘導(dǎo)Nqo1基因敲除小鼠及野生小鼠皮膚致癌的表型差異^[4]

在模型小鼠中，Nqo1基因的破壞導(dǎo)致了由NAD(P)H積累引起的細胞內(nèi)氧化還原狀態(tài)的改變，改變碳水化合物、脂質(zhì)和核苷酸代謝；引起骨髓中p53和p73水平降低，細胞凋亡減少，進而導(dǎo)致骨髓成髓性增生。同時，對致癌物DMBA和BP的皮膚致癌反應(yīng)敏感性顯著增加。由于缺乏足夠的p53誘導(dǎo)，Nqo1缺失小鼠對多環(huán)芳烴（PAH）致癌的易感性增加。細胞內(nèi)氧化還原狀態(tài)的改變/NAD降低/Nqo1與p53相互作用的缺失，都可能導(dǎo)致p53的快速降解，降低p53對PAHs的應(yīng)答誘導(dǎo)，增加腫瘤易感性。與野生型小鼠相比，雄性和雌性Nqo1缺失小鼠更容易發(fā)生BPDE誘導(dǎo)的皮膚腫瘤，對致癌物的易感性在性別上存在顯著差異。

以上結(jié)果表明，Nqo1在催化醌的代謝解毒方面具有重要作用，能夠保護細胞免受氧化還原循環(huán)和氧化應(yīng)激的影響。在Nqo1缺失小鼠中，p53可能被充分誘導(dǎo)響應(yīng)BP，但由于NAD水平降低而降解，表明Nqo1與p53相互作用可以使p53趨向穩(wěn)定。

2.致癌物敏感性
Nqo1是一種在真核生物中普遍存在的胞質(zhì)蛋白。在哺乳動物中，它存在于許多器官當中，但在肝臟中含量最多。然而，在人類基因組中，Nqo1在許多肝外組織中活性更高。Nqo1基因在多種因素作用的誘導(dǎo)下進行表達，包括外源生物、氧化劑、抗氧化劑、紫外光、電離輻射等。為了確定Nqo1在外源因素影響下發(fā)揮的作用，研究人員建立了Nqo1基因敲除小鼠模型。

圖3Nqo1基因敲除小鼠模型的建立^[5]

在胚胎干細胞中采用同源重組的方法破壞Nqo1基因，在載體結(jié)構(gòu)的3’端插入一個單純皰疹病毒胸苷激酶（HSV-TK）基因，將基因外顯子6替換成帶有Neo的元件序列，以便后續(xù)的基因型篩選。野生型Nqo1^+/+、雜合型Nqo1^+/-、純合型Nqo1^-/-小鼠作大體和組織學(xué)檢查包括肝、肺、腎、結(jié)腸、胃、十二指腸、脾臟、胸腺、淋巴結(jié)、心臟、大腦和骨骼肌。結(jié)果發(fā)現(xiàn)各器官的解剖生理結(jié)構(gòu)未見明顯差異。為檢測致癌物對Nqo1敲除小鼠的影響，研究人員將甲萘醌（維生素K3）溶于二甲亞砜中，按照小鼠體重每日腹腔注射給藥，連續(xù)注射3天，每天觀察動物的毒性癥狀和死亡率。與野生型小鼠相比，Nqo1^-/-小鼠對甲萘醌毒性的敏感性顯著增加。
 

圖4 甲萘醌對野生型Nqo1^+/+、雜合型Nqo1^+/-、純合型Nqo1^-/-小鼠毒性的影響^[5]

在5、10和20mg甲萘醌/公斤體重的劑量下，野生型和Nqo1^-/-小鼠的存活率存在顯著差異。隨后，研究人員將野生型、雜合子和敲除小鼠血清中天門冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶和丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶水平作為肝損傷的指標。這兩種酶都在Nqo1^-/-小鼠中均被發(fā)現(xiàn)升高，雜合子小鼠對甲萘醌表現(xiàn)出中等敏感性，而對野生型小鼠血清中指標無影響。

以上結(jié)果表明，Nqo1^-/-小鼠對甲萘醌毒性的敏感性顯著增加。Nqo1^-/-小鼠的建立，為確定Nqo1在體內(nèi)對氧化還原循環(huán)激活化合物的保護作用，以及這些小鼠在暴露于環(huán)境致癌物時是否對癌癥敏感，提供了非常重要的工具。（賽業(yè)可提供同類型Nqo1基因敲除模型，產(chǎn)品編號：S-KO-03389）

總結(jié)
與Nqo1基因相關(guān)的疾病有多種，包括皮膚癌、阿爾茨海默癥、胃與十二指腸的克羅恩氏病、遲發(fā)性運動障礙、兒童白血病縮、乳頭狀甲狀腺微癌、老年性白內(nèi)障肝細胞腺瘤等。Nqo1是一種可誘導(dǎo)的還原酶，酚類抗氧化劑、多環(huán)芳烴、偶氮燃料、缺氧等外界環(huán)境因素均可強烈地誘導(dǎo)Nqo1表達，這種可誘導(dǎo)性表達使Nqo1在腫瘤預(yù)防和腫瘤治療中起到重要作用。Nqo1基因敲除小鼠可用于皮膚癌等癌癥相關(guān)疾病，以及致癌物誘發(fā)相關(guān)疾病的研究，能夠為這些研究領(lǐng)域提供新思路。

賽業(yè)小鼠模型構(gòu)建
賽業(yè)生物構(gòu)建了同類型的基因敲除小鼠與條件性基因敲除小鼠，更有活體小鼠已加入『紅鼠資源庫』快至兩周發(fā)貨，助力科學(xué)研究。
 

Nqo1基因敲除小鼠

小鼠福利，限定發(fā)放中~

品系名稱：
C57BL/6J-Nqo1^em1Cya

品系編號：
KOCMP-18104-Nqo1-B6J-VA

產(chǎn)品編號：
S-KO-03389

應(yīng)用方向：
❖ 皮膚,腫瘤研究
❖ 癌癥、心血管
❖ 胞死亡,內(nèi)穩(wěn)態(tài)/代謝

打靶方案：
 

Nqo1基因敲除小鼠打靶方案示意圖