PTEN基因敲除小鼠模型介绍

今天我们要讲的主角是抑癌基因PTEN。

1 PTEN基因研究概况

PTEN是迄今发现的第一个具有双重特性磷酸酶活性的肿瘤抑制基因，有脂质磷酸酶和蛋白磷酸酶双重特异性，在细胞内多条信号传导途径调控中起着重要作用，自发现以来受到众多学者的关注。PTEN脂质磷酸酶的活性可使磷脂酰肌醇三磷酸（PIP3）去磷酸化转变为磷脂酰肌醇二磷酸而失活，继而抑制Pl3K/AKT通路，抑制细胞的生长、调控细胞周期。癌细胞中PTEN功能的丧失几乎总是导致PIP3的积累和相关的AKT信号的激活。癌症中PI3K途径效应子的下游激活是PTEN缺失最重要的标志。然而，PTEN缺失也被证明可以通过依赖PIP3的信号激活多种途径，包括Ras–MAPK、Wnt /β-catenin、Notch、Hippo途径。

图1. PTEN抑制PI3K途径和AKT的下游致癌信号。通过使PIP3磷酸化，PTEN阻止了PDK1激活AKT，从而防止了肿瘤的发生。

尽管PTEN-PI3K轴已经很好地建立了，但是有大量的调节机制可以进入PTEN，并且有许多下游机制可以使PTEN发挥作用，从而导致PTEN信号在癌症中的复杂性不断增加。在这些机制中，已证明翻译后修饰（PTM）和蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）可精确控制PTEN的稳定性，活性和定位。越来越多的数据表明，蛋白磷酸酶活性和磷酸酶非依赖性功能均在PTEN介导的肿瘤抑制中发挥作用。总而言之，阐明涉及PTEN信号传导的新途径将使我们进一步理解和认识PTEN在预防肿瘤发生中的作用。

图2. 细胞核中PTEN信号传导的复杂性。

2 PTEN基因编辑小鼠概述

由于PTEN在肿瘤发生中的重要性，因此已设计了许多复杂的基因工程小鼠模型（GEMM），以阐明“PTEN途径”促进肿瘤发生的潜在机制，从而为癌症预防和治疗提供潜在的治疗策略。

通常可以根据对PTEN的操作水平及其结果或目标将其分为三大类：

（1）PTEN的下调，单独或与另一种抑癌基因的功能丧失或癌基因的功能获得组合，以加速癌症进展。

（2）PTEN表达和功能的升高。

（3）与癌症相关的PTEN突变的小鼠模型。

图3. 基因编辑Pten小鼠模型。基因改造的Pten小鼠模型可以分为六大类：（1）全身性基因敲除；（2）通过用巨细胞病毒（CMV）启动子驱动的新霉素（neo）盒靶向Pten的内含子3来生成pten亚效等位基因模型（hypomorphic Pten model）。然后将这些Ptenhy/+小鼠与Pten+/-小鼠杂交，以产生PTEN表达水平降低的小鼠（Pten+/+> Ptenhy/+> Pten+/-> Ptenhy/-）；（3)组织特异性敲除PTEN；（4）复合小鼠模型：Pten缺失与其他抑癌因子缺失或原癌基因的组合；（5）通过细菌人工染色体（BAC）技术增加PTEN基因座拷贝的表达或功能;（6）通过敲入和CRISPR技术在小鼠中模拟癌症相关的Pten突变。

这些GEMM产生了大量的数据，这些数据帮助我们更好地了解涉及肿瘤发生的细胞和分子机制。首先，Pten的基因失活是通过全身敲除技术实现的，缺乏组织特异性，Pten的基因失活时间不受控制。但是，利用组织特异性启动子和Cre介导的重组克服了这些问题，并以组织特异性和时间控制的方式对PTEN进行了遗传修饰。这些方法让研究人员得以详尽的方式研究PTEN失调在癌症的发生和发展中的作用，以及以细胞背景特异性的方式研究。PTEN在GEMM肿瘤发生中的作用的广泛功能也提示了药物开发的多个新靶点，为癌症预防和治疗提供潜在的治疗策略。这为患者应付由PTEN功能异常驱动的肿瘤以及种系PTEN突变引起的疾病提供了希望。