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Adamts5基因敲除小鼠。

Adamts5基因
Adamts5基因編碼的蛋白屬于ADAMTS蛋白家族成員，該蛋白家族是一種具有血小板反應(yīng)蛋白基序以及去整合素和金屬蛋白酶活性的蛋白家族。

該家族的蛋白都具有幾個保守結(jié)構(gòu)域，如前肽區(qū)域、金屬蛋白酶結(jié)構(gòu)域、整合素樣結(jié)構(gòu)域和血小板反應(yīng)蛋白1型(TS)基序。該家族中的有些蛋白在C端上的TS基序的數(shù)量有所不同，有些成員具有獨特的C端結(jié)構(gòu)域。

該基因編碼的前蛋白經(jīng)過蛋白水解加工形成成熟的酶，這種酶包含兩個TS基序。除此之外，該酶還可以作為一種蛋白聚糖酶，可切割蛋白聚糖（aggrecan），這種蛋白聚糖是軟骨中的主要蛋白聚糖，因此，該酶可以介導(dǎo)骨關(guān)節(jié)炎中的軟骨的損傷^[1]。
 

圖1. Adamts5蛋白結(jié)構(gòu)預(yù)測模型^[2]。

Adamts5編碼的蛋白是一種在結(jié)締組織的形成、發(fā)育、炎癥和細胞遷移中起重要作用的金屬蛋白酶。該蛋白還具有細胞外基質(zhì)(ECM)降解酶活性，對硫酸軟骨素蛋白聚糖(CSPG)的透明質(zhì)酸部分顯示出蛋白水解活性。

該酶對透明質(zhì)酸的裂解發(fā)生在Glu-Xaa基序處，還通過對硫酸軟骨素蛋白聚糖的重塑特性在胚胎發(fā)育（包括肢體和心臟形態(tài)發(fā)生）和骨骼肌發(fā)育中發(fā)揮作用。該蛋白可以在成肌細胞周圍的細胞基質(zhì)中進行切割，促進骨骼肌發(fā)育和再生所需的成肌細胞融合^[3]。

骨關(guān)節(jié)炎
骨關(guān)節(jié)炎（OA）是一個世界范圍內(nèi)流行的疾病。膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎（KOA）是最常見的骨關(guān)節(jié)炎類型，可降低老年人的生活質(zhì)量并增加社會經(jīng)濟負擔(dān)。之前，OA被認為僅僅是一種磨損性疾病，慢性負荷和關(guān)節(jié)生物力學(xué)受損導(dǎo)致關(guān)節(jié)軟骨破壞以及炎癥，隨后導(dǎo)致關(guān)節(jié)僵硬、腫脹和活動能力下降。

現(xiàn)在研究認為OA是由炎癥和代謝因子調(diào)控的更復(fù)雜的過程。OA發(fā)病過程中最顯著病理變化是關(guān)節(jié)軟骨的降解。關(guān)節(jié)軟骨是長于長骨末端和椎間盤內(nèi)的光滑軟骨，它提供了一個低摩擦表面，同時能夠傳遞重物。盡管軟骨內(nèi)膠原蛋白的半衰期很長，但即使是輕微損傷也會使軟骨的愈合非常緩慢。除軟骨外，OA患者中整個關(guān)節(jié)均會受到影響，包括滑膜、關(guān)節(jié)韌帶和軟骨下骨^[4]。

根據(jù)流行病學(xué)調(diào)查結(jié)果顯示，在2005-2015年，世界范圍內(nèi)骨關(guān)節(jié)炎患者的數(shù)量增加了30%。50歲以上的人中，骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)病率大約是50%。在中國約有1.75億人患有骨關(guān)節(jié)炎，總發(fā)病率為12.5%，其中75歲以上的人，80%都會出現(xiàn)骨性關(guān)節(jié)炎的臨床癥狀，而除了會對患者造成臨床上的病痛之外，骨關(guān)節(jié)炎還會對患者造成睡眠障礙等影響。

Adamts5基因敲除小鼠
Adamts5基因敲除小鼠在誘導(dǎo)骨關(guān)節(jié)炎后表現(xiàn)出軟骨退化顯著減少的表型^[6]。

05年的一篇文獻中，研究人員使用mBSA注射到膝關(guān)節(jié)的方式誘導(dǎo)關(guān)節(jié)炎模型，為了確認敲除ADAMTS5是否可以防止小鼠的蛋白聚糖損失和軟骨損傷。研究人員通過觀察脛骨關(guān)節(jié)切片中甲苯胺藍染色情況判斷軟骨中蛋白聚糖的損失。結(jié)果顯示，Adamts5敲除小鼠的聚集蛋白聚糖的損失顯著低于對照組小鼠（圖2a、d、e）^[7]。
 

圖2. 使用藥物在對照組小鼠和Adamts5敲除小鼠中誘導(dǎo)關(guān)節(jié)炎。

a. 通過對照組（n=14）和Adamts5敲除組（n= 13）小鼠的脛股關(guān)節(jié)切片對蛋白聚糖缺失進行評分，并使用曼-惠特尼U檢驗進行數(shù)據(jù)分析。

d，e. 對注射了mBSA的脛股關(guān)節(jié)進行分析，（d）圖是對照組小鼠的脛骨關(guān)節(jié)切片，（e）是Adamts5敲除小鼠的脛骨關(guān)節(jié)切片，蛋白聚糖丟失區(qū)域用L指示^[7]。

09年的一篇文獻中，研究人員在研究Adamts5敲除引起的白斑缺陷小鼠（bt）時，發(fā)現(xiàn)Adamts5和bt/bt雙基因缺失的小鼠會發(fā)展出并指的表型（圖3A)。相比之下，單純的Adamts5敲除小鼠或bt/bt小鼠發(fā)生并指的概率相對低很多（分別為44%和18%）。

雖然每只Adamts5和bt/bt雙基因缺失的小鼠中至少涉及三個并指，但融合的嚴重程度各不相同（圖3B）。使用mCT對成熟的Adamts5和bt/bt雙基因缺失小鼠的四肢進行三維重建，結(jié)果顯示合并的手指并不存在骨性并指（圖 3C）^[8]。
 

圖 3. 不同組合的Adamts等位基因突變比單一Adamts突變更容易形成軟組織并指的表型。

A. 不同基因型導(dǎo)致軟組織并指表型的外顯率直方
B. 與野生型小鼠相比，在Adamts5和bt/bt雙基因缺失的小鼠前肢和后肢中可以看到軟組織并指的表型。箭頭表示并指的位置。
C. 對3周大的Adamts5和bt/bt雙基因缺失小鼠的爪子進行mCT分析^[8]。

治療方法
目前并沒有治愈OA的方法，治療方法多圍繞減少可變的危險因素、關(guān)節(jié)內(nèi)治療、物理治療、替代療法和手術(shù)治療以及一些新療法展開。降低危險因素主要通過運動、減重的方法治療OA。藥物療法中，通常使用非甾體類消炎藥（NSAID）和對乙酰氨基酚來治療OA。關(guān)節(jié)內(nèi)注射類固醇是治療ＯＡ炎癥發(fā)作的一種方法，盡管療效有限且作用時間短。對保守治療無效或疼痛嚴重影響其生活質(zhì)量的患者來說，全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)（TKR）是治療金標(biāo)準(zhǔn)。這種手術(shù)可顯著緩解患者的疼痛，促進其功能改善。除此之外，還有很多的創(chuàng)新藥也已用于治療骨關(guān)節(jié)炎^[4]。

GLPG1972/S201086是Galapagos公司發(fā)現(xiàn)的一種藥物，該藥物已經(jīng)在兩種動物模型中被證實可靶向軟骨降解酶ADAMTS-5。在I期研究中，該藥達到了安全性和藥代動力學(xué)目標(biāo)，并且在治療2周內(nèi)將ARGS新生抗原表位（軟骨破壞的生物標(biāo)志物）在血液中的水平降低了大約50%。在最近的一項研究中，該藥治療4周內(nèi)發(fā)現(xiàn)了與動物實驗類似的結(jié)果，即以劑量依賴的方式將ARGS新生抗原表位在血液中水平降低50%，同時表現(xiàn)出耐受性良好^[9]。

干細胞治療也是近幾年研究較多的一種方法，相比于傳統(tǒng)治療方式，干細胞治療膝骨關(guān)節(jié)炎有望從根本上促進軟骨再生修復(fù)、抗炎能力，最終恢復(fù)骨關(guān)節(jié)功能。近幾日，海思科醫(yī)藥集團與Lorecivivint公司簽署一份長效治療骨關(guān)節(jié)炎的候選首創(chuàng)新藥的合作協(xié)議，作用靶點為CLK2和DYRK1A^[10]。
 

圖4. 骨關(guān)節(jié)炎的治療方法，數(shù)據(jù)來源于《骨關(guān)節(jié)炎診療指南2018版》。

小結(jié)
OA的發(fā)病機制尚不清楚，一般認為與肥胖、外傷、軟骨代謝異常、免疫、酶對軟骨基質(zhì)的降解等多種因素有關(guān)，其中聚蛋白多糖酶家族（ADAMTSs）與OA的關(guān)系日益受到醫(yī)學(xué)界的重視.