ApoE基因功能及相关疾病模型的研究进展

姜伟华，李善刚，陈学进

（上海交通大学医学院实验动物科学部，上海 200025）

·综述·

ApoE基因功能及相关疾病模型的研究进展

姜伟华，李善刚，陈学进

（上海交通大学医学院实验动物科学部，上海 200025）

载脂蛋白E（apolipoprotein E，APOE）基因位于人类第19号染色体上，全长3.7 kb，表达产物载脂蛋白是一种富含精氨酸的碱性蛋白。apoE蛋白参与脂质的运输、储存及排泄，同时也参与神经系统的发育和损伤后的修复。目前人类高发的动脉粥样硬化和阿尔茨海默病均与apoE蛋白参与的脂代谢调节异常有关，体外及动物实验研究表明，APOE基因的多态性与冠心病、高脂血症、脑梗塞的发生相关。研究制作APOE转基因及基因敲除或突变的相关动物模型，探明其脂代谢过程，可以更好地了解上述疾病的发病机制，寻找相关疾病的潜在治疗靶点，从而为治疗人类疾病提供更加可行有效的方案。本文总结了人类APOE基因型与apoE蛋白相关的几种疾病发生机制，并对体外研究疾病发展过程的动物模型进行了综述。

载脂蛋白E（apoE）；疾病模型；转基因动物；基因敲除

载脂蛋白E（apolipoprotein E，apoE）是一种多功能糖蛋白，最早由Shore等［1］于1973年在正常人的极低密度脂蛋白（very low density lipoprotein，VLDL）中发现，主要在肝脏、脑组织及巨噬细胞中合成和分泌，是血浆VLDL、高密度脂蛋白（high density lipoprotein，HDL）和乳糜微粒（chylomicron，CM）等脂蛋白的重要组分，能够与VLDL结合，通过血浆胆固醇、甘油三酯的运输影响脂蛋白代谢，维持血脂平衡，参与心血管功能的调节。同时APOE基因的多态性在血浆胆固醇水平中起重要作用，是心血管疾病发生、发展的一个重要的分子靶标［2］。而在中枢神经系统（central nervous system，CNS）中，apoE蛋白是胆固醇、磷脂及硫脂类运输的调节剂和突触发生的促进剂，其表达影响着神经中枢的调节和神经系统的发育成熟［3，4］。基于apoE蛋白的重要作用，其表达调控和表达类型与冠心病（coronary heart disease，CHD）、高脂血症（hyperlipidaemia，HLP）、脑梗塞（cerebral infarction）、动脉粥样硬化（atherosclerosis，AS）、阿尔茨海默病（alzheimer disease，AD）等疾病的发生发展有重要的联系。

因此，开展关于APOE基因功能的相关研究，可以帮助人类更加深入地了解与此相关的诸如CHD、HLP、AS、AD、脑梗塞等疾病的发病机制，并借助相关动物模型模拟疾病的发生发展过程，从而找到治疗相关疾病的有效方案。

1　ApoE基因及表达产物分型

现已知APOE基因位于人类第19号染色体长臂13区2带（19q132）上，长3.7 kb，含有4个外显子和3个内含子［5］。APOE基因位点有3个等位基因，分别为ε2、ε3、ε4，在一般人群中所占比例分别为8%，78%，14%［1，6］，其中APOE ε3是野生型基因，ε2和ε4是基因突变的结果。APOE基因可以产生6种常见基因型，即三种纯合子型APOE ε2/ ε2、ε3/ε3、ε4/ε4和三种杂合子型APOE ε2/ε3、ε2/ε4、ε3/ε4。APOE基因频率和表型分布存在种族间和地区间差异，但无性别间差异。另外apoE蛋白具有三种不同的亚型（isoform），分别为apoE2蛋白、apoE3蛋白、apoE4蛋白，三者的主要区别在于112位的半胱氨酸和158位的精氨酸。apoE3蛋白是普通的亚型，其112位为半胱氨酸，158位为精氨酸；apoE2蛋白的112位和158位均为半胱氨酸；apoE4蛋白的两个位置都是精氨酸，每两种亚型之间只有一个氨基酸发生变化［7］。apoE蛋白的多态性具有重要的生物学特性，多年来先后采用等点聚焦电泳法、免疫印迹法、双相电泳法和基因分析技术来对其进行检测。

APOE基因的cDNA长1.163 kb，其表达产物apoE蛋白主要在肝脏和脑组织中合成，也可以在脾、肾上腺、卵巢颗粒细胞及巨噬细胞中合成。基因的最初产物为含317个氨基酸的蛋白质，其所含的一个18个氨基酸的信号肽被裂解后，变成由299个氨基酸组成的成熟蛋白，其中含有32个精氨酸和12个赖氨酸。由于精氨酸含量高达11%，所以apoE是一种富含精氨酸的碱性蛋白。apoE蛋白的二级结构由α螺旋、β片层、β转角和不规则结构四部分组成，凝血酶可以将apoE分子水解成两个相对独立的区域: N-端区和C-端区。N-端区（1～191）为分子量22 000的可溶性蛋白，此区域较稳定，该片段的136～158位肽段为受体结合位点，能与低密度脂蛋白受体（low density lipoprotein-receptor，LDL-R）以及LDL-R相关蛋白紧密结合，该区域富含的碱性氨基酸在受体结合中起重要作用，一旦被改变，其受体结合能力显著下降，同时该区域也属于肝素结合区；C-端区（216～299）分子量为10 000，螺旋程度高，不稳定，是脂蛋白结合区［8］。这两个结合域由一段铰链区（165～215位肽段）相连。ApoE蛋白异构体常发生在中段（112～158位氨基酸残基），这些突变几乎均可导致各种HLP和其他疾病，这也充分说明该区段的重要性［9］。

2　ApoE功能及分类

apoE作为一种胆固醇转运蛋白，对形成HDL、中间密度脂蛋白（intermediate density lipoprotein，IDL）、VLDL和CM及维持其稳定具有极为重要的作用。同时它还是一个多功能的分子，可以在细胞生长、胞内信号转导、糖代谢、神经元的生长和修复、突触结构维持、营养支持以及调节机体炎症应答反应等生物学过程中发挥作用［6，10］，又可以在免疫调节方面对机体产生影响［11］，并且可以作为配体与LDL-R和apoE受体结合，也是肝细胞CM残粒受体的配体。apoE通过与这些受体相互作用介导CM、VLDL及其残粒在循环系统中的清除，在胆固醇的转运、吸收和再分配的过程中发挥重要作用。当apoE发生单一氨基酸的取代时，将导致VLDL-LDL转化速率和细胞对胆固醇吸收速率的改变，从而影响血脂水平。

同apoE3、apoE4相比，apoE2对LDL-R亲和力下降100倍，APOE ε2/ε2基因型的个体转化VLDL-LDL的速率和吸收食物胆固醇的速率缓慢，而靠细胞内胆固醇浓度调节的LDL-R的表达将受到代偿性上调，结果导致血中VLDL残体浓度升高和LDL水平下降。相反，APOE ε4/ε4基因型的个体由于受体结合区域为碱性氨基酸，apoE受体结合活性明显增高，能够迅速转化VLDL和吸收食物中的胆固醇，其结果下调LDL-R的表达，最终导致血中低水平的VLDL和高水平的LDL［12］。

3　ApoE相关疾病

随着许多学者对APOE基因多态性的深入研究，APOE基因发生突变可以影响血脂的代谢和利用，从而导致一系列相关疾病的发生［2］。研究显示［13］APOE ε4等位基因与淀粉样血管病变导致的脑出血的愈后及再出血有关，同时该等位基因也是AD和AS的共同危险因素，可以导致HLP、CHD、脑梗塞等临床疾病，另外它也与老年人收缩期高血压与胰岛素抵抗等有一定的关系。

3.1ApoE与AD

AD是发生在老年期及老年前期的一种原发性退行性脑病。它指的是一种持续性高级神经功能活动障碍，即在没有意识障碍的状态下，记忆、思维、分析判断、视空间辨认、情绪等方面的障碍。AD可以分为多见的、散发性及少数有家族遗传史的家族性疾病。根据首发年龄是否晚于65岁可将其分为早发性AD和迟发性AD。AD的主要病理特征为在病变部位有老年斑（senile plaques，SP），其主要成分是由淀粉样前体蛋白（amyloid precursor protein，APP）水解生成的β-淀粉样肽（amyloid βpeptide，Aβ）组成，而退变的神经轴突围绕β-淀粉样蛋白（amyloid β-protein，β-AP）形成SP，神经原纤维缠结（neurofibrillary tangles，NFT）存在于病变部位的神经元胞质内，主要组成是聚集成双螺旋细丝的过度磷酸化的微管相关Tau蛋白，并且神经细胞可以选择性丢失［8］。该病具有家族发病倾向，但在普通人群中也有散发病例。

研究表明［14］，AD的发生可能是由于胆固醇及apoE蛋白通过Aβ机制的影响。胆固醇水平升高是AD的易感因素［15］，apoE蛋白可以通过调节中枢或外周胆固醇代谢而影响AD发病的易感性。Aβ是含39～43个氨基酸残基的异质多肽，由β-和γ-分泌酶分别裂解β-APP后产生。Strittmatter等［16］于1993年首先报道了apoE蛋白可与Aβ紧密结合，并且首次发现APOE ε4等位基因是AD的主要风险因素。在APOE三种等位基因中，APOE ε2与APOE ε3相比具有更低的致病风险性，有助于避免AD发生，而APOE ε4比APOE ε3更容易导致AD发生，并与AD发病风险性呈比例相关效应，即随着APOE ε4基因比例的增加，患者的发病年龄逐渐降低［5］，认知功能受到不同程度的损害，并能抑制神经突触的生长，AD患者成熟的SP核心出现异常的胆固醇积累［10，17］。apoE蛋白三种亚型调节胆固醇从神经元细胞流出的能力（apoE4＜apoE3＜apoE2）与AD危险性呈负相关。2007年Bertram证实［18］，apoE4蛋白与β-AP结合异常，影响其有效的清除，致使β-AP沉积异常积聚，从而导致AD的发生。

3.2ApoE与AS

AS是全身弥漫性疾病，是心脑血管疾病的最主要病因，主要病变特征为动脉某些部位的内膜下有脂质等沉积，并伴有平滑肌细胞成分的增殖，逐步发展形成动脉粥样硬化性斑块。斑块部位的动脉壁增厚、变硬，局部形成隆起的病灶，内膜纤维结缔增生，内部组织坏死崩解后与沉积的脂质结合，将其围起、固定，形成粥样斑块，称为粥样硬化。apoE蛋白多态性的生化结构的差异影响其脂质代谢的不同，而apoE4独特的结构域相互作用可能是个体水平和动脉粥样硬化的分子基础。apoE4蛋白与VLDL的优先结合导致VLDL及其残粒的有效清除，从而反馈性地下调肝细胞表面低密度胆固醇受体的表达，使肝细胞对低密度脂蛋白胆固醇（low density lipoprotein cholesterol，LDL-C）的摄取量减少，最终导致血浆中LDL-C清除速率下降，使血浆LDL-C水平升高，从而增加AS发生的危险性。而APOE ε2等位基因作为保护因子对冠状AS的发展有保护作用［19］。

唐春萍等［20］研究表明，缺乏apoE蛋白将导致血液循环中富含胆固醇的物质沉积和浸润，从而通过多种途径影响或导致AS的形成。血脂代谢紊乱，主要指胆固醇、LDL、甘油三酯超出正常范围和（或）HDL低下。甘油三酯水平升高导致AS的颗粒变小，密度较大的LDL产生增加，凝血因子Ⅰ、Ⅶ、Ⅷ和Ⅹ水平增加，组织型纤溶酶原激活剂活性降低，胰岛素水平升高，胰岛素抗性增加，这些都能增加AS的发生率。另外，LDL水平升高使血管内皮下LDL的氧化修饰加强，并且在LDL氧化修饰过程中形成的溶血磷脂酸能与细胞膜上相应的G蛋白偶联受体结合，导致内皮细胞骨架纤维收缩，形成细胞间通道，增加内皮的通透性，使血液中LDL易于通过而沉积于内皮下间隙，增加了氧化型LDL（oxidized LDL，OxLDL）的产生。OxLDL可以刺激内皮细胞分泌单核细胞趋化蛋白（MCP-1）、血管内皮细胞黏附分子-1（VCAM-1）和细胞间黏附分子-1（ICAM-1），使巨噬细胞聚集至病灶部位，并且向内皮下迁移。同时OxLDL可以刺激单核/巨噬细胞高表达清道夫受体CD36，从而使其大量吞噬OxLDL，形成泡沫细胞［21］，泡沫细胞破裂释放出大量胆固醇，最终成为粥样斑块脂质核心的主要成分，促进AS的形成。

2006年李朝辉等［22］通过实验证明，兔ApoE基因可在其主动脉粥样硬化斑块的巨噬细胞源性和平滑肌细胞源性的泡沫细胞中表达，与AS的发生、发展过程密切相关。apoE蛋白导致动脉粥样硬化性脑梗死机制是通过调节神经系统中胆固醇的动员和再分配，从而显著升高总胆固醇浓度，使之易患AS，进而易发展为动脉粥样硬化性脑梗死。

3.3ApoE与CHD

CHD是指因冠状动脉官腔狭窄、阻塞和（或）功能改变（痉挛）而导致心肌缺血、缺氧或坏死的心脏病。它是由遗传和环境危险因素共同作用而发病的多基因遗传性疾病。CHD不仅表现为心血管性疾病及血液动力学异常，而且同时存在着免疫、内分泌及多种物质代谢等障碍。近年来随着对CHD研究的深入，目前已经发现有超过200种危险因素可以导致该病的发生，其中血脂异常是研究最多，并且被认为是与CHD的发生、发展密切相关的危险因素［23］。流行病学调查和临床研究资料都表明［6］，血浆LDL-C水平与CHD的危险性呈正相关，血浆高密度脂蛋白胆固醇（high density lipoprotein cholesterol，HDL-C）水平与CHD的发病危险性呈负相关。有研究表明［24］，甘油三酯水平升高已经成为CHD的一项独立危险因素，而各种降低甘油三酯的干预措施对降低CHD患者的患病率、病死率及愈后改善具有明显的疗效。APOE基因的多态性是影响血浆胆固醇浓度的重要遗传因素，不同表型的APOE基因与脂蛋白的结合能力存在一定的差异，即APOE基因多态性影响血脂水平。Anna的研究结果表明［25］，APOE基因型与罹患冠心病呈线性相关，APOE ε2等位基因的一般作用是降低胆固醇浓度，所以APOE ε2基因携带者患CHD的风险比ε3/ε3基因型人群低20%左右，而APOE ε4基因携带者的患病风险则相对较高。因此，APOE基因多态性检测有望成为CHD的早期预防、筛查、诊断、检测和干预治疗的指标之一，进而具有重要的临床意义。

3.4ApoE与HLP

HLP是指脂肪代谢或转运异常使血浆中总胆固醇和/或甘油三酯水平过高，或HDL-C水平过低而表现出的一种血脂异常。它是一种较为常见的疾病，可分为原发性和继发性高脂血症两种。原发性高脂血症是因遗传缺陷或环境因素相互作用而引发的，常伴有家族遗传性；继发性高脂血症是由全身性疾病导致，在原发疾病治愈后脂蛋白代谢紊乱可以得到纠正，相较原发性高脂血症更为多见。高脂血症特别是高水平的LDL-C是AS的主要危险因子，而APOE基因是决定胆固醇水平的最重要的遗传因素之一。

血浆胆固醇60%的变异是由遗传因素决定的，而其中约有14%～16%是来自于APOE基因的多态性［26］。APOE基因缺陷患者易患HLP。apoE蛋白作为脂蛋白的配体以及结构与功能蛋白对血脂代谢起着重要作用，其中apoE2蛋白与LDL-R亲和力较低，因此含apoE2蛋白的VLDL残基从血浆中的清除速度缓慢，导致LDL-R上调，最终导致LDL-C水平下降并降低胆固醇血脂。apoE4蛋白水平升高，导致VLDL清除速度加快，致使LDL-R下调出现高胆固醇血症。HLP是CHD确切的危险因素之一，APOE ε4等位基因对心脑血管疾病发病的作用机制可能是通过升高胆固醇、LDL-C和apoE蛋白水平进而促进动脉粥样硬化而产生作用的。

4　ApoE基因相关的动物模型

目前国内、外对APOE基因功能的研究主要是利用转基因动物或者基因敲除或突变的动物，建立相关的动物模型，为探索APOE基因与相关疾病的预防、治疗和机理研究提供了有效的手段。

4.1ApoE转基因动物

自从Jaenish等于1974年成功制备出第一只转基因小鼠，1982年Palmiter等首次将这一技术应用于医学研究后，转基因动物（transgenic animal）迅速在多个医学领域中得到了应用。目前已经在羊、猪、鸡、兔、鱼、大鼠、小鼠等动物中成功构建转基因模型。

1990年Simonet等［30］观察到人APOE基因成功在转基因鼠的心、肾、脑中表达。随后人APOE ε3等位基因在转基因小鼠中成功表达，并出现异常脂蛋白水平。2011年薛越强等［31］观察到ApoE ε4等位基因在转基因鼠的肾脏中有高表达，在脑和心脏中有中等程度的表达，在肝脏中的表达最少，而在脾脏中则没有表达。过表达ApoE的转基因小鼠血浆胆固醇与甘油三酯水平降低，引发高胆固醇血症，ApoE基因在AD疾病小鼠模型的表达降低了β-AP的聚集，而低表达ApoE的小鼠模型用于动脉粥样硬化与神经退行性疾病研究。人脂蛋白失调症的ApoE突变基因ApoE3-Leiden的转基因小鼠在饲喂普通饲料时，血浆胆固醇和甘油三酯水平增高，使得ApoE3-Leiden变异蛋白构成HDL；在饲喂高脂饲料时，血浆胆固醇和甘油三酯浓度更高，容易诱发脂肪肝并改变肝VLDL的分泌。在ApoE2转基因鼠中，当ApoE2基因适当表达时，血浆总胆固醇和LDL-C降低，而甘油三酯水平升高，在没有遗传和环境因素的影响下，ApoE2有降低胆固醇发挥抗AS的作用，而ApoE4则能升高胆固醇导致AS。

周厚清等［32］通过cDNA微阵列的研究发现，由于人APOE转基因的影响，转基因小鼠体内的一些与生物氧化和炎性细胞因子相关的基因表达加强，导致转基因小鼠面对很大的氧化压力，而自由基介导的脂质过氧化反应加快是形成AS斑块的原因之一。

转基因大鼠过表达apoE基因可以通过受体途径显著增强血浆VLDL、LDL和CM的代谢［33］。与apoE3蛋白相比，apoE4蛋白优先与VLDL结合并表现出更强的受体结合活性。因此，携带ε4等位基因的人群更易患AS等心血管疾病。

4.2基因敲除或突变动物

基因敲除（gene knockout）技术是1980年代后半期应用DNA同源重组原理发展起来的一门新技术。它是指应用一定的方法和手段，在体外构建特殊的载体，通过同源重组的方式，删除一个结构已知但功能未知的基因，在细胞水平或动物个体水平观察该基因的功能。迄今为止，基因敲除技术已经帮助人们构建了数千个人类疾病的小鼠模型，包括心血管疾病、神经退行性疾病、糖尿病、癌症等疾病模型。由于很多疾病都与基因变异有关，因此构建相应的基因敲除动物模型，通过对这些模型的研究，找到治疗相关疾病的潜在方法，为研究治疗人类疾病提供了一个有效的途径［34］。

ApoE基因敲除小鼠（ApoE-knockout mice）［35，36］，亦称ApoE基因缺陷小鼠（ApoE defective mice），是由美国洛克菲勒大学生化遗传与代谢实验室和北卡罗莱那大学病理遗传实验室在1992年应用胚胎干细胞基因敲除技术获得的，即在小鼠胚胎细胞中通过基因重组的方法，把ApoE基因从小鼠胚胎细胞的基因组中敲除，使内源ApoE基因遭受破坏，不能表达，因而导致VLDL和CM积累，脂蛋白清除产生障碍，从而使发育的小鼠无法表达ApoE蛋白。当用高脂饲料喂养ApoE基因敲除小鼠时，小鼠老化程度很快，皮肤上出现肥胖条纹［37］，皮下出现纤维瘤和复合斑块，血中胆固醇含量增高并在主动脉和冠状动脉堆积，从而动脉出现粥样硬化等［38］。另外，ApoE基因敲除小鼠的巨噬细胞、T细胞和平滑肌细胞的生理反应与人类心血管疾病中的反应极为相似。因此，这更加证明ApoE基因在心血管疾病发生、发展中的重要性，同时也为研究心血管疾病提供了一种有效的动物模型。

此外，ApoE基因敲除小鼠的学习和记忆能力明显下降［39］，这可能是由于乙酰胆碱类物质供给不足造成的，而且在ApoE基因敲除小鼠中，血脑屏障的通透性很容易被破坏，导致一些非必需小分子化合物进入大脑，造成大脑功能的部分紊乱。人类APOE ε3和ε4等位基因转移能够增强小鼠的学习记忆能力，但ε4等位基因与β-AP具有异常结合的能力，容易导致β-AP沉积异常积聚，这样反过来导致了AD的高发性。因此，APOE ε3基因可以作为AD的一种基因治疗手段［40］。

体细胞基因打靶技术和核移植技术相结合的发展，为制作大中型动物人类疾病模型提供了很大的便利，目前已经有基因敲除的猪［41］，雪貂［42］，羊［43］和兔［44］产生。而锌指核酸酶（zinc finger nuclease，ZFN）技术的出现促使基因组定点修饰技术向前迈进了一大步，使得基因敲除更为简便［45-47］。其基本原理是利用锌指结构域对DNA序列的特异性识别来达到准确定位靶点的目的，同时利用核酸酶的水解活性，使靶DNA双链断裂，然后利用细胞的修复机制，引入基因突变。通过这样一对ZFNs一般可以切除一段10～200 bp的基因序列。ApoE基因敲除大鼠就是利用ZFN技术敲除了大鼠1号染色体第三个外显子上的长度为16 bp的核酸，并通过近亲杂交获得纯合子型。5～10周龄的ApoE基因敲除大鼠的血浆胆固醇水平与正常同龄野生型大鼠相比明显升高，并且高脂饮食会使其寿命明显缩短。但是，目前设计和筛选高效、高特异性的ZFNs仍然存在一些技术难题，而且降低ZFNs的细胞毒性也是一个相当大的技术挑战。

之后出现的TALEN（TALE nucleases，TALENs）技术则克服了ZFNs技术的缺点。TALE（transcription activator-like effectors）是在植物病原体黄单胞菌（Xanthomonas）中发现的一种转录激活子样效应因子，TALEN核酸酶是由TALEs DNA结合域和内切核酸酶FokⅠ的切割域融合而成［48］。与ZFNs技术原理相似，TALEs的DNA结合域能够识别特异的DNA序列，FokⅠ可通过二聚体产生核酸内切酶活性，在特异的靶DNA序列上产生双链断裂。细胞在修复双链断裂的过程中，可产生各种类型的序列改变。理论上可以根据实验目的对DNA结合域的重复序列进行设计，得到特异识别任意序列靶位点的TALEs，因而通过对TALEs重复序列进行人工设计并将其与一些功能域融合产生的dTALEs （designer TALE-type transcription factors）和TALENs引起了人们极大的兴趣。另外，由于TALEN技术的操作简单，没有筛选过程，组装完成后即可进行活性验证，因此，该技术在酵母、动植物细胞的基因组定点修饰、遗传疾病的基因疗法及基因的功能研究等方面具有较为广泛的应用前景。

2013年，一种全新的定向基因组编辑方法-CRISPR/Cas9（clustered regularly interspaced short palindromic repeats and CRISPR associated 9）逐渐得到越来越多学者的关注。CRISPR/Cas9主要是基于细菌的一种获得性免疫系统改造而成，它主要是通过序列特异的向导RNA介导的Cas蛋白对特定位点的DNA序列进行识别切割，形成双链DNA断裂（double strand break，DBS），然后借助同源重组机制（homology-directed repair，HDR）或者非同源末端连接机制（non-homologous end joining，NHEJ）对断裂的DNA进行修复。同源重组一般通过供体DNA与基因组DNA之间的同源重组将靶位点进行纠正或者靶向插入外源基因。而非同源末端连接往往使得核酸链被破坏的区域发生基因突变，并导致编码的基因功能丧失［49，50］。CRISPR/Cas9系统的主要特点是制作简单、成本较低［51］，具有较高的靶向精确性，对于多种复杂程度不同的基因组拥有相应的甚至更高的活性，还可以同时针对同一细胞中的多个位点实现多靶点同时酶切［52］，并且同时运用两对甚至更多对向导RNA可以明显提高基因打靶效率，减少脱靶率［53］。目前，应用CRISPR/Cas9系统已成功制作出小鼠［14，49］，大鼠［54］，斑马鱼［55］，果蝇［56］，线虫［57］，食蟹猴［58］，猪［59］，兔［60］等多种动物基因打靶模型。作者的研究小组也利用Cas9技术获得了ApoE基因敲除兔（未发表文章）。因此，CRISPR/Cas9系统的出现为基因工程提供了一个强有力的应用新工具，为基因组定向编辑的研究和应用领域带来突破性的进展。

5　总结

apoE蛋白在脂蛋白代谢中发挥着非常重要的作用，一旦缺失将会影响脂蛋白、脂溶性维生素和胆固醇从淋巴系统到血液中的转运。越来越多的研究表明，APOE基因在人类中老年疾病中同样起着非常重要的作用，在大规模人群的调查中发现，APOE基因的多态性和多种人类衰老性疾病的病程发展密切相关。目前，研究最多的是心血管疾病和AD，APOE基因的多态性可以作为诊断这些疾病的一个分子靶标，来参考疾病发生的可能性和发展的时间进程。研究APOE基因的正常生理功能及其与其他基因的关系，将有助于了解生命过程中基因和疾病的相关联系。ApoE基因敲除小鼠和大鼠

的出现，使研究人类衰老性疾病具有了可评估的动物模型，它将有助于进一步深化研究ApoE基因的功能，同时，也为多种疾病的治疗提供了药物筛选的平台。但是，小鼠的脂代谢过程和人类的脂代谢过程仍然存在一定的差异，主要表现在小鼠缺乏胆固醇酯转运蛋白（cholesterol ester transfer protein，CETP）活性，因此小鼠血浆脂蛋白主要是HDL，具有抗AS的作用，并且小鼠肝脏既能产生载脂蛋白B100，又可以合成载脂蛋白B48，含有B48的脂蛋白会被肝脏迅速清除，所以小鼠的血脂水平比人类低的多。相反，小型猪、家兔等大动物脂代谢过程与人类脂代谢过程更加接近，小型猪血浆脂蛋白的生化性质、LDL结构以及载脂蛋白等与人类非常相似，而家兔体内LDL含量高，血浆中富含CETP，可以自发诱导产生AS。因此研究开发更多ApoE基因敲除模型将有助于人类更加熟悉相关疾病的发生发展过程，从而可以找到更为可靠有效的疾病治疗方案。

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Advances on Research of APOE Gene Function and Related Diseases Models

JIANG Wei-hua，LI Shan-gang，CHEN Xue-jin
（Department of Laboratory Animal Sciences，Shanghai Jiao Tong University School of Medicine，Shanghai 200025，China）

Apolipoprotein E gene （APOE） is located on human chromosome 19，with 3.7 kb length. Its expression production is an alkaline protein containing arginine. ApoE can take part in lipid transport，storage and excretion，as well as nervous system development and injury repair process. High incidence of atherosclerosis and Alzheimer's disease occurred in human are related with lipid metabolism dysregulation. Researches on animals in vitro showed that the polymorphism of ApoE is related to coronary heart disease，hyperlipidemia and infarction. Transgenic and gene knock out or mutation animal models can help to know more about the process of lipid metabolism，understand the mechanism of occurrence and development process ，and find the potential therapeutic targets of related illnesses. Then more effective solutions for the treatment of human diseases can be provided. This essay briefly summaries the mechanism of some diseases related to APOE genotype and apoE protein，and also researches on the development of these diseases in vitro in animal models.

Apolipoprotein E （apoE）；Diseases models；Transgenic animals；Gene knockout

Q95-33

A

1674-5817（2015）03-0249-08

10.3969/j.issn.1674-5817.2015.03.016

2014-07-15

国家自然基金面上项目（No.81170756/H0713），上海市科委（11140901600）

姜伟华（1988-），女，硕士研究生，专业方向: 发育生物学。E-mail: apple19880325@126.com

陈学进（1960-），男，研究员，博士生导师，研究方向:转基因模式动物的制作。E-mail: chenxuej@aliyun.com