人源化小鼠模型hSERPINA1-E366K(2)：用于α1-抗胰蛋白酶缺乏症的在体药效评价

一个点突变，两套病理

要在活体水平研究α1-抗胰蛋白酶缺乏症，离不开携带人源致病等位基因的人源化小鼠模型。α1-抗胰蛋白酶（alpha-1 antitrypsin，AAT）由 SERPINA1 基因编码，主要在肝细胞中合成并分泌入血，是人血浆中含量较高的丝氨酸蛋白酶抑制剂之一，负责约束中性粒细胞弹性蛋白酶等蛋白酶对组织的过度降解。

SERPINA1 的 Z 等位基因（E342K，按含信号肽的编号方式记为 E366K）是重度 α1-抗胰蛋白酶缺乏症（AATD）最常见的致病变异。该突变改变了蛋白中心 β 折叠顶端的局部构象稳定性，使新合成的蛋白在肝细胞内质网中趋于错误折叠并形成多聚体。由此带来的后果分布在两个器官：一方面，多聚体在肝细胞内滞留，与肝细胞损伤、肝纤维化乃至肝硬化相关；另一方面，能够正常分泌入循环的功能性 AAT 明显减少，肺组织失去对蛋白酶活性的制衡，患者较易在中青年期出现肺气肿与阻塞性通气功能障碍。因此 AATD 的发病机制同时包含“功能缺失”与“毒性获得”两个方面，这也解释了为什么单纯提升循环蛋白水平的血浆来源 AAT 增补疗法，对肝脏一侧的病理帮助有限。

近年来，针对Z 等位基因本身的策略——RNA 编辑、碱基编辑、体内基因编辑、靶向沉默等——陆续进入临床前与临床阶段。这类分子的识别序列按人 SERPINA1 的碱基排列设计，在普通小鼠体内没有可作用的靶标；加之小鼠 Serpina1 是一个多成员基因家族，与人类单拷贝基因的表达调控方式并不对应。要在活体水平评价“校正了多少转录本”“恢复了多少功能性蛋白”，前提是小鼠体内携带人源的 Z 型 SERPINA1 序列。

品系构建

hSERPINA1-E366K(2) 小鼠在已有人源化 SERPINA1 品系的基础上构建，所携带的点突变对应人源 E342K，即经典的 Z 突变。

图1 .人源化小鼠模型肝脏RT-PCR检测人SERPINA1 mRNA

图2.人源化小鼠模型RT-PCR产物测序确认E366K突变

图3.人源化小鼠模型肝脏qPCR人鼠SERPINA1表达对比

图4. 人源化小鼠模型血清ELISA检测人SERPINA1水平

图5.人源化小鼠模型肝组织ELISA检测SERPINA1蛋白

图6.人源化小鼠模型肺组织ELISA检测人SERPINA1

图7.人源化小鼠模型血清ALT、AST、TP与ALB检测

图8. 人源化小鼠模型肺组织病理肺泡壁破坏与上皮增生

图9.人源化小鼠模型雌雄肺损伤病理评分对比

验证数据

转录本层面。肝脏RT-PCR 显示，430 bp 的小鼠 Serpina1 mRNA 条带只在野生型中出现，在纯合子中未检测到；313 bp 的人 SERPINA1 mRNA 条带则只在纯合子中出现（图1）。对 RT-PCR 产物的测序结果确认了纯合子中目标突变的存在（图2）。肝脏 qPCR 给出一致的结论，并进一步显示人 SERPINA1 mRNA 水平在雄性中高于雌性（图3）。

蛋白层面。 ELISA 检测显示，纯合子血清中可检测到人 SERPINA1，而野生型血清中未检出；纯合子血清的 hSERPINA1 水平（雌雄两性）远低于人血浆中的相应水平，雄性高于雌性（图4）。肝组织匀浆中，野生型与纯合子均可检出信号，原因是所用 ELISA 试剂盒对人与小鼠 SERPINA1 存在交叉反应，纯合子中同样呈现雄性高于雌性的趋势（图5）。肺组织匀浆中，人 SERPINA1 仅在纯合子中检出，雄性水平高于雌性（图6）。

肝功能与肺部表型。血清生化检测了丙氨酸转氨酶（ALT）、天冬氨酸转氨酶（AST）、总蛋白（TP）与白蛋白（ALB），其中雄性纯合子的 ALT 与 AST 呈升高趋势（图7）。肺组织病理显示，野生型未见明显病变；纯合子可见轻度间质炎性细胞浸润伴实质增厚，并出现肺泡融合与重塑、肺泡腔扩大融合、肺泡壁破坏，以及支气管上皮增生（图8）。肺损伤评分进一步显示，纯合子出现明显的肺损伤，表现即为上述病变特征（图9）。

上述数据均来自6 周龄动物。

应用方向

该品系在小鼠体内提供了一个可被人源序列特异性分子识别的Z 型 SERPINA1 靶标，适用于几类研究场景：

核酸类与基因编辑类候选药物的在体评价。以肝脏人SERPINA1 转录本的校正或变化为分子读数，以血清、肝、肺中的蛋白水平为药效读数，评估单次或多次给药后的表达恢复与持续时间。

为什么评价SERPINA1 基因编辑类候选药物需要人源化小鼠模型？

因为这类分子按人SERPINA1 的碱基排列设计识别序列，普通小鼠体内没有对应靶标，小鼠 Serpina1 又是多成员基因家族，表达调控与人类单拷贝基因并不对应。hSERPINA1-E366K(2) 小鼠（目录号 NM-HU-252173）在体内携带对应人源 E342K 的 Z 型序列，官网已验证肝脏人 SERPINA1 转录本表达、血清与肺组织人源蛋白水平，以及血清生化与肺组织病理，可同时提供分子读数与器官表型读数。

关于该品系

hSERPINA1-E366K(2) 小鼠由南模生物研发，目录号 NM-HU-252173。

关于南模生物

上海南方模式生物科技股份有限公司（Shanghai Model Organisms Center, Inc.，简称“南模生物”），成立于 2000 年 9 月，是上交所科创板上市高科技生物公司（股票代码：688265），专注于模式生物领域，为高校、科研院所及制药企业提供基因修饰动物模型产品与解决方案。咨询电话 400-728-0660。