BTK基因敲除小鼠與X-連鎖無丙種球蛋白血癥的相關(guān)研究

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BTK基因簡介
BTK基因，英文全稱Bruton tyrosine kinase，編碼Bruton酪氨酸激酶。BTK屬于高度保守的非受體酪氨酸激酶TEC家族，也是B細胞受體（BCR）信號通路中的關(guān)鍵組成部分，參與B細胞的增殖、運輸、趨化和黏附。BTK包含五個結(jié)構(gòu)域：與SRC激酶同源的SH2和SH3、催化結(jié)構(gòu)域、具有氨基末端的pleckstrin同源(PH)結(jié)構(gòu)域和富含脯氨酸的TEC同源(TH)結(jié)構(gòu)域。BCR復合物與二硫鍵連接的Igα-Igβ異二聚體非共價結(jié)合。在抗原與BCR結(jié)合后,SRC家族蛋白酪氨酸激酶LYN磷酸化Igα和Igβ免疫受體酪氨酸激活基序(ITAM),從而產(chǎn)生SYK的�？课稽c，同時，LYN磷酸化BCR共受體CD19的細胞質(zhì)尾部中的酪氨酸殘基,這使得能夠結(jié)合和激活PI3K，PI3K通過PH結(jié)構(gòu)域相互作用將BTK從細胞質(zhì)吸引至細胞膜,同時SYK和LYN通過Y551的反式磷酸化完全激活BTK，活化的BTK將PLCy2磷酸化，以此分解PIP2為IP3和DAG，從而激活NFκB信號通路。BTK基因位于X染色體，該基因缺陷會引發(fā)X連鎖性丙種球蛋白血癥(XLA)。
 

圖1. BTK在信號級聯(lián)中的位置的示意圖^[1]

表1. BTK的基本信息

備注：標有√的意為賽業(yè)紅鼠資源庫有該種保存狀態(tài)的小鼠

X-連鎖無丙種球蛋白血癥
XLA是最早發(fā)現(xiàn)的人類原發(fā)性免疫缺陷病，該病由Bruton1952年首次報道，為原發(fā)性免疫缺陷病（PID）發(fā)病率最高的類型之一，是一種常見于男性的抗體缺陷性疾病。據(jù)美國XLA患者登記處數(shù)據(jù)顯示，379000例活產(chǎn)嬰兒中約有1例。在B細胞分化成熟的發(fā)育早期，胞漿中的B細胞的信號轉(zhuǎn)導分子酪氨酸激酶（BTK）被磷酸化后可與G蛋白Src家族成員結(jié)合，參與細胞內(nèi)活化信號轉(zhuǎn)導。而XLA患兒由于B細胞的BTK基因突變，BTK基因編碼的BTK蛋白合成受阻，使B淋巴細胞發(fā)育停止在前B細胞階段，引起外周血成熟B細胞數(shù)目減少，免疫球蛋白IgG、IgA、IgM減少，從而使機體對外界的抵抗力降低，機體易感染各種病原菌。通過分析該疾病女性攜帶者的X染色體，發(fā)現(xiàn)X染色體的發(fā)育缺陷只存在于B細胞譜，并且表現(xiàn)出帶有突變BTK基因的 X 染色體的失活。因此，XLA 的女性攜帶者并不會出現(xiàn)免疫異常。XLA的患者常表現(xiàn)為患兒出生后4-12個月開始發(fā)生反復、嚴重的細菌感染和血清免疫球蛋白顯著減少或測不出、外周血B淋巴細胞缺乏。
 

圖2. XLA診斷流程[2]

XLA相關(guān)小鼠模型
1995年，Khan教授通過使小鼠胚胎干細胞產(chǎn)生基因突變，從而使BTK的PH結(jié)構(gòu)域和激酶結(jié)構(gòu)域無法表達。這兩種突變都會阻斷BTK蛋白的表達，并導致成熟的B細胞數(shù)量減少[3]。此后有關(guān)研究XLA的動物模型都是通過同樣的或類似的方式獲得。BTK 缺陷小鼠無法對T細胞非依賴性II型抗原做出反應(yīng)，當使用T細胞非依賴性抗原刺激時，與正常小鼠相比，BTK 缺陷小鼠血清特異性抗體IgM 和 IgG3 水平顯著降低。由于BTK缺陷小鼠的抗體形成減少和 IL-10 產(chǎn)生減少，導致Th2反應(yīng)降低，因此在BTK缺陷小鼠中，絲蟲感染率大大提高。此外，BTK缺陷小鼠對某些能被天然抗體中和的細菌產(chǎn)物（如LPS）不敏感，因此，易發(fā)生感染性休克。然而BTK 缺陷小鼠對流感病毒感染具有正常的免疫反應(yīng)。
 

圖3. BTK -/-小鼠脾臟組織B細胞缺陷

XLA的治療
XLA患者終生且完全依賴抗生素和靜脈內(nèi)或皮下免疫球蛋白替代療法。當維持足夠的Ig治療時，患者可保持健康。為了開發(fā)可治愈XLA中缺陷的B細胞的療法，一些實驗室已經(jīng)證明了在XLA小鼠模型中使用慢病毒載體來糾正BTK表達的可行性[4]。然而，BTK的過度表達及BTK信號傳導通路的異常激活會發(fā)出啟動B細胞惡性生長的信號，從而導致B細胞惡性腫瘤。正因如此，BTK抑制劑在治療慢性淋巴細胞白血�。–LL）、小淋巴細胞淋巴瘤（SLL）、套細胞淋巴瘤(MCL)等疾病中作用顯著。與其他原發(fā)性免疫缺陷疾病不同，基于干細胞的基因療法目前對于治療XLA弊大于利，尚未進入 XLA 的臨床治療。

小結(jié)
BTK屬于高度保守的非受體酪氨酸激酶 TEC家族，也是B細胞受體（BCR）信號通路中的關(guān)鍵組成部分，BTK基因突變將會導致BTK蛋白合成受阻，使B淋巴細胞發(fā)育停止在前B細胞階段，從而引起免疫缺陷疾病，如XLA，而BTK的過表達或BTK信號通路異常激活也會導致B細胞異常增殖，從而導致B細胞惡性腫瘤。目前針對XLA患者的治療主要為免疫球蛋白替代療法，而其高昂的價格也增加了患者和社會的負擔。從理論層面來講，糾正BTK的表達可以治療XLA，而抑制BTK異�；罨�可以減少腫瘤的發(fā)生，然而在臨床實踐中，糾正BTK的表達并不能很好的緩解病人癥狀，并且還會增加患者罹患腫瘤和其他副作用的可能。如何有效的糾正BTK在XLA患者的表達，并減少副作用，仍然值得深入探討和研究。
 

參考文獻：

1. Crofford LJ, Nyhoff LE, Sheehan JH, Kendall PL. The role of Bruton's tyrosine kinase in autoimmunity and implications for therapy. Expert Rev Clin Immunol. 2016 Jul;12(7):763-73. doi: 10.1586/1744666X.2016.1152888. Epub 2016 Mar 4. PMID: 26864273; PMCID: PMC5070917.

2. X連鎖無丙種球蛋白血癥診療指南（2019版）

3. Khan WN, Alt FW, Gerstein RM, Malynn BA, Larsson I, Rathbun G, Davidson L, Müller S, Kantor AB, Herzenberg LA, et al. Defective B cell development and function in Btk-deficient mice. Immunity. 1995 Sep;3(3):283-99. doi: 10.1016/1074-7613(95)90114-0. PMID: 7552994.

4. Yu PW, Tabuchi RS, Kato RM, Astrakhan A, Humblet-Baron S, Kipp K, Chae K, Ellmeier W, Witte ON, Rawlings DJ. Sustained correction of B-cell development and function in a murine model of X-linked agammaglobulinemia (XLA) using retroviral-mediated gene transfer. Blood. 2004 Sep 1;104(5):1281-90. doi: 10.1182/blood-2003-09-3044. Epub 2004 May 13. PMID: 15142874.