Shh基因在NIPBL+/-胎鼠肢芽內的表達*

王 莉，潘金勇，嵇繼宇，張惠榮（石河子大學醫學院第一附屬醫院兒科，新疆石河子832000）

Cornelia de Lange綜合征（CdLS）是一種罕見的先天性疾病，患病率為1/100 000～1/10 000[1]。臨床表現主要為嚴重的生長發育遲緩、智力障礙、畸形等[2]。CdLS的患者約60%是NIPBL基因發生了病理性變化[3]。有研究表明，NIPBL基因水平的高低與CdLS的嚴重程度密切相關[4]。Shh基因是由ZRS增強子調控參與肢芽的發育[5]，Shh基因在由ZRS增強子調控的胚胎極化活性區（ZPA）進行肢芽的表達[6]。然而，在小鼠胚胎發育階段的肢芽中，NIPBL基因對位于ZPA區域的Shh基因具有調控作用，會影響Shh基因的表達。但2個基因之間

的具體交互作用及規律鮮見文獻報道。本研究采用NIPBL-Loxp小鼠與Cre小鼠雜交，建造NIPBL+/-小鼠模型，探討NIPBL對Shh基因表達的影響，為CdLS的診斷和干預提供新的策略。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 動物 NIPBL-Loxp小鼠與Cre小鼠的背景品系小鼠是C57BL/6J，SPF級，購于浙江大學，全部小鼠飼養于石河子大學藥學院實驗動物中心。實驗過程遵照石河子大學《動物實驗倫理委員會管理條例》。挑選NIPBL+/-小鼠雄性體重35 g左右，雌性體重30 g左右，晚上20：00將雌雄小鼠按2∶1合籠，次日早晨8：00檢查雌鼠的陰栓，陰栓陽性者將次日12：00作為其胚胎E0.5天。

1.1.2 儀器與試劑 逆轉錄試劑盒Prime Script RT reagent Kit購于Thermo公司；總RNA提取劑Trizol Reagent購于Life公司；逆轉錄試劑盒RevertAid First Strand cDNA Synthesis Kit購于Thermo公司；熒光定量試劑盒SYBR Green PCR Kit購于Thermo公司；普通聚合酶鏈反應（PCR）儀器購于TaKaRa公司；熒光定量聚合酶鏈反應（qRT-PCR）儀器購于Life公司。

1.2 方法

1.2.1 動物模型的建立和實驗分組 采用NIPBL-Loxp小鼠與Cre小鼠建造NIPBL+/-小鼠模型，NIPBL+/-小鼠與NIPBL+/-小鼠按照雌、雄2∶1合籠進行雜交，分別在孕鼠的E10、E11、E12天取出孕鼠放在超凈臺內，以頸部脫臼法處死孕鼠，在嚴格無菌操作條件下，分別在孕鼠的E10、E11、E12天用逆轉錄聚合酶鏈反應（RT-PCR）逆轉錄試劑盒鑒定得到6只NIPBL+/-胎鼠的肢芽作為實驗組，另選取6只NIPBL+/+胎鼠的肢芽作為對照組，引物設計見表1；最后分離胎鼠雙側四肢，放入液氮15～20 min，再放入-80℃冰箱，以備后期實驗。

表1 NIPBL-Loxp小鼠與Cre小鼠引物信息

1.2.2 采用qRT-PCR檢測Shh基因的表達情況 Shh基因引物的設計見表2。

表2 Shh基因和β-actin的引物信息

1.2.3 實驗組和對照組RNA的提取 按照RNA提取試劑盒說明書提取總RNA。

1.2.4 實驗組和對照組cDNA的合成 按照逆轉錄試劑盒說明書對上述提取的總RNA進行逆轉錄。

1.2.5 qRT-PCR檢測實驗組和對照組Shh基因的表達情況 以上述cDNA為模板，按照熒光定量試劑盒說明書檢測實驗組和對照組Shh基因的表達量。

1.3 統計學處理 采用SPSS17.0統計軟件進行數據處理。符合正態分布的計量資料以±s表示，對數據進行方差齊性檢驗，方差不齊計量資料的多組間比較采用非參數檢驗，組間比較采用t檢驗。P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結 果

2.1 NIPBL基因敲除小鼠模型的驗證 NIPBL基因敲除打靶載體構建策略圖，見圖1。

圖1 野生型及突變型等位基因示意圖

2.2 NIPBL-Loxp和Cre小鼠的引物鑒定結果 NIPBLLoxp和Cre小鼠建造的NIPBL+/-小鼠模型親代鼠，經RT-PCR技術鑒定出在孕鼠E10、E11、E12天的NIPBL+/-和NIPBL+/+胎鼠，經鑒定出來的引物凝膠電泳結果見圖 2～4。

圖2 NIPBL-Loxp-F/NIPBL-Loxp-R凝膠電泳結果

圖3 Cre-WT-F/Cre-WT-R凝膠電泳結果

圖4 Cre-WT-F/Cre-Mut-R凝膠電泳結果

2.3 qRT-PCR驗證結果 實驗組和對照組胎鼠肢芽內的Shh基因在E10、11、12天均有表達，實驗組和對照組胎鼠肢芽內Shh基因的ΔCt值由大到小依次為E10、E12、E11 天，表明在不同的孕期（E10、E11、E12天）時，實驗組和對照組胎鼠肢芽內Shh基因表達趨勢均為先升后降，即表示實驗組與對照組胎鼠肢芽的Shh基因表達量在E10天時有表達，E11天時達頂峰，E12天時表達量下降，但仍高于E10天表達量。實驗組在E10、E11、E12天Shh基因的表達量比較，差異有統計學意義（P＜0.01)。與對照組比較，在相同的孕期（E10、E11、E12天）內，實驗組Shh基因的ΔCt值大于對照組，表明實驗組胎鼠肢芽內Shh基因的表達水平低于對照組，差異有統計學意義（P＜0.01)，見表3。

表3 實驗組與對照組Shh基因ΔCt值的比較（±s）

表3 實驗組與對照組Shh基因ΔCt值的比較（±s）

注：-表示無此項

組別對照組實驗組t P n6 6- -E10天12.448 00±0.006 34 13.056 00±0.015 50-89.149 0.001 E11天9.190 00±0.002 89 10.105 00±0.005 97-337.950 0.001 E12天10.131 00±0.003 43 12.138 00±0.043 30-113.345 0.001

3 討 論

CdLS是一種多系統發育障礙性的常染色體顯性遺傳疾病[7]。生長發育遲緩、面部畸形和智力障礙等是CdLS的表型特征，其中生長發育遲緩是CdLS的重要表現[8]。有關研究報道，CdLS受多種基因及信號通路的調控，一旦這些基因及信號通路發生改變，都可能導致CdLS的發生。其中，NIPBL基因缺陷是導致CdLS最常見的原因，研究人員利用分子遺傳工具創建了NIPBL基因敲除小鼠，試圖了解CdLS的病因學[9]。有關研究報道，Hedgehog信號通路抑制劑限制了骨骼的發育成熟，其包括 Sonic hedgehog（Shh）、Desert hedgehog（Dhh）及Indian hedgehog（Ihh）3 個配體，其中最常見的是 Shh[10]。Shh基因編碼一種信號蛋白，在小鼠胚胎肢芽的發育過程中起不可或缺的作用[11]。Shh基因編碼的Shh蛋白是與ZPA極化功能有關的一種形態發生素，由ZPA中細胞產生，ZPA區域傳遞肢芽早期的發育信號，啟動Shh基因的表達[12]。有研究表明，小鼠胚胎肢芽中Shh蛋白的變化存在于肢體發育前10 h，且Shh蛋白量的改變會影響肢體缺陷的程度[13]。相關研究顯示，NIPBL在ZPA區域和肢芽的間充質細胞對Shh基因進行調控，一旦NIPBL基因缺陷，會引起Shh基因表達的信號通路受到抑制，造成Shh基因的表達缺失，引起ZPA區域染色體位點異常，從而形成了CdLS的特征性改變[14]。因此，本研究通過建立NIPBL基因敲除模型，進一步研究NIPBL和Shh2個基因之間的相互作用機制。

有研究報道，Shh基因通常在正常胎鼠肢芽的E9.5～E11.5天進行表達，且在孕鼠的E10天左右表達量逐漸增多，在E11天大量表達，在E12天左右表達量逐漸減少[15]。本實驗觀察到胎鼠在E9.5天時仍是個橢球形，很難分辨出胚胎的器官，Shh基因也幾乎檢測不出表達；E12.5天時，胎鼠的肢芽也幾乎檢測不到Shh基因的表達。因此，本實驗選取胎鼠的E10、E11、E12天作為實驗分組。本實驗結果表明，在孕鼠的E10、E11、E12天，實驗組和對照組的胎鼠肢芽內均有Shh基因的表達，但是實驗組胎鼠肢芽內Shh基因的ΔCt值大于對照組，表明實驗組胎鼠肢芽內Shh基因的表達水平低于對照組（ΔCt值越高，Shh基因的表達水平越低），說明NIPBL基因缺陷影響胎鼠肢芽內Shh基因表達的正常信號通路，抑制了Shh基因的表達。實驗組和對照組胎鼠肢芽內Shh基因ΔCt值大小依次為E10、E12、E11天，表明在不同的孕期（E10、E11、E12天）內，實驗組和對照組胎鼠肢芽內Shh基因的表達趨勢是E10天時有表達，但表達量較少，隨后表達量逐漸增多，在E11天時達到頂峰，隨后表達量逐漸減少，E12天表達量較E11天減少，但比E10天表達量增多，差異有統計學意義（P＜0.01）。

綜上所述，NIPBL+/-基因敲除抑制胎鼠肢芽內Shh基因的表達，而Shh基因在體內正常的軟骨發育中起重要調控作用，由此推斷NIPBL+/-基因敲除胎鼠可能會抑制軟骨的發育成熟，進一步導致CdLS。本研究有助于人們進一步了解NIPBL基因在CdLS發病中的機制和意義，并為CdLS疾病的診斷和干預提供新的策略，幫助研究人員深入了解CdLS疾病，以便探索更好的治療方法。

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