Omentin-1基因敲除小鼠與慢性炎癥性疾病的介紹

今天和大家見面的是Omentin-1基因敲除小鼠。

Omentin-1基因
Omentin-1是一種由內臟脂肪組織分泌的脂肪因子，在人內臟脂肪組織和小鼠小腸中高度表達。這種蛋白質在血漿中也非常豐富，并且已發現循環中的omentin-1濃度與促炎因子的水平呈負相關，例如血糖調節受損和慢性動脈疾病的個體中的白細胞介素 （IL）-6和腫瘤壞死因子-α（TNF-α）。

近年來的研究表明，Omentin-1通過AMP活化蛋白激酶/Akt/核因子-κB/絲裂原活化蛋白激酶（ERK、JNK 和 p38）信號傳導具有抗炎、抗動脈粥樣硬化和心血管保護作用。臨床研究表明，omentin-1可作為肥胖、代謝紊亂（包括胰島素抵抗、糖尿病和代謝綜合征）、骨代謝、炎癥性疾病、癌癥、睡眠呼吸暫停綜合征、先兆子癇和多囊卵巢綜合征以及動脈粥樣硬化心血管疾病的生物標志。因此，研究Omentin-1信號通路顯得尤為重要。
 

圖1. Omentin-1是連接器官與脂肪組織的重要成分，在生理和病理過程中通過各種細胞信號通路發揮廣泛的保護作用 ^[1]。

Omentin-1基因敲除小鼠
Rao SS, Hu Y, Xie PL等人通過在小鼠omentin-1基因的外顯子4中插入一個堿基（A），導致移碼突變，從而獲得全身性Omentin-1基因敲除小鼠（賽業生物構建）。基因測序分析和Western Blot實驗表明，一個堿基（A）成功插入到Omentin-1基因的序列中，導致小腸（小鼠中Omentin-1表達最高的器官）中Omentin-1蛋白的缺失。
 

圖2. Omentin-1基因敲除小鼠的鑒定。a. 來自Omentin-1敲除小鼠及其野生型同窩小鼠鼠尾的基因組DNA通過DNA測序進行基因分型。b. Omentin-1敲除小鼠中Omentin-1的缺失通過對Omentin-1敲除小鼠及其野生型同窩仔鼠小腸中Omentin-1蛋白的Western Blot實驗得到證實^[2]。

1●Omentin-1敲除
導致小鼠炎癥反應失調
免疫染色顯示，與野生型小鼠相比，Omentin-1敲除小鼠骨組織中促炎介質（包括 IL-1β、IL-6 和 TNF-α）的陽性染色區域急劇增加（圖3c-h）。與此一致的是，酶聯免疫吸附測定 （ELISA） 所確定的，Omentin-1缺失也導致IL-1α、IL-6和TNF-α的血清濃度顯著增加（圖3i-k）。矛盾的是，與對照小鼠相比，Omentin-1敲除小鼠的IL-10（一種可以抑制破骨細胞生成和骨吸收的抗炎細胞因子）的水平也顯著升高（圖3l），表明Omentin-1缺失導致小鼠炎癥反應失調。
 

圖3. Omentin-1缺失誘導小鼠炎癥反應。c-h. Omentin-1敲除和野生型小鼠股骨中IL-1β、IL-6 和TNF-α的免疫組織化學染色的代表性圖像。該圖顯示了陽性染色區域的平均強度。i-l. ELISA測定Omentin-1敲除小鼠和野生小鼠中促炎細胞因子IL-1α、IL-6 和TNF-α（i-k）和抗炎因子 IL-10 （l） 的血清濃度^[2]。

2●Omentin-1缺失
在體內誘導炎癥性骨丟失樣表型
顯微計算機斷層掃描 （μCT）結果顯示，與野生型小鼠相比，omentin-1缺失導致明顯的骨小梁丟失（圖4a）。進一步的定量分析確定，與野生型小鼠相比，Omentin-1敲除小鼠的骨小梁體積分數、厚度和數量顯著減少，骨小梁間距增加（圖4b-e）。Omentin-1敲除小鼠股骨骨干的骨膜周長也遠低于野生型小鼠（圖4a,f）。與野生型小鼠相比，Omentin-1敲除小鼠的皮質骨厚度也降低，但差異無統計學意義（圖4a,g）。骨鈣素（OCN）（一種在成骨分化和礦化過程中表達的標志物）的免疫組織化學染色和ELISA測定表明，與野生型小鼠相比，Omentin-1敲除小鼠的成骨反應顯著降低（圖4h-j）。然而，破骨細胞活性在Omentin-1 耗竭后顯著增強，骨組織切片上的抗酒石酸酸性磷酸酶 （TRAP） 染色和血清中I型膠原 （CTX-I） 的骨吸收標志物C端端肽的ELISA測試證明了這一點（圖4k-m）。

通過檢測成纖維細胞克隆形成單位（CFU-F）和集落形成單位粒細胞-巨噬細胞集落形成單位（CFU-GM）發現，與野生型小鼠相比，Omentin-1敲除小鼠骨髓細胞形成的CFU-Fs數量少得多，而CFU GMs數量多得多，表明Omentin-1的缺失會損害成骨細胞前體的增殖并增強破骨細胞祖細胞的擴增。
 

圖4. Omentin-1缺失導致小鼠異常骨質流失^[2]。

此外，研究人員還測定了Omentin-1敲除小鼠及其野生型同窩小鼠的體重、每日食物和水的消耗量、肝臟（ALT和AST）和腎臟（肌酐和血尿素氮）功能指標的血清水平、血糖水平以及血清胰島素和鐵的水平。結果表明，與野生型小鼠相比，Omentin-1敲除小鼠的ALT和AST增加，但僅是趨勢性的。Omentin-1敲除和野生型小鼠之間的其他參數也沒有顯著差異，表明相應的功能可能不受Omentin-1缺失的影響。

接下來研究人員通過構建TNF-α誘導的炎癥細胞模型，確定重組Omentin-1減少了TNF-α激活的巨噬細胞中促炎因子的產生，并抑制了它們的抗成骨細胞和促破骨能力。最后，他們用硅酸鎂誘導構建炎癥性骨質疏松小鼠模型，利用腺病毒遞送Omentin-1進行全身給藥，進一步證實Omentin-1可顯著防止骨質疏松性骨質流失和炎癥。

小結
Omentin-1水平的波動與多種疾病密切相關，可以通過各種分子機制調節炎癥狀態、血管舒縮和內皮功能、增殖、凋亡和細胞分化。恢復Omentin-1水平的治療策略可能對預防或治療這些疾病很有價值。然而，Omentin-1調節各種生理和病理功能的機制尚未完全闡明，需要進行更全面的研究。

參考文獻：
1. Yamawaki, H.; Kuramoto, J.; Kameshima, S.; Usui, T.; Okada, M.; Hara, Y. Omentin, a novel adipocytokine inhibits TNF-induced vascular inflammation in human endothelial cells. Biochem. Biophys. Res. Commun. 2011, 408, 339–343.

2. Rao SS, Hu Y, Xie PL, et al. Omentin-1 prevents inflammation-induced osteoporosis by downregulating the pro-inflammatory cytokines. Bone Res. 2018;6:9. Published 2018 Mar 30. doi:10.1038/s41413-018-0012-0.

3. Watanabe T, Watanabe-Kominato K, Takahashi Y, Kojima M, Watanabe R. Adipose Tissue-Derived Omentin-1 Function and Regulation. Compr Physiol. 2017 Jun 18;7（3）:765-781. doi: 10.1002/cphy.c160043. PMID: 28640441.A