用基因剔除小鼠研究GABA转运蛋白家族成员的体内功能及在神经系统疾病中的作用

GABA转运蛋白（GATs）分布于细胞膜上，能专一性地转运胞内外的GABA分子，在神经系统中发挥维持GABA浓度、调控GABA信号的重要功能。GATs具有4个亚型，以GAT加上1-4来命名，在哺乳动物中保守。其中GAT1的功能研究较多，发现其和许多重要的神经精神疾病有关，其抑制剂已在临床上用于抗癫痫治疗。相比而言，该家族中其余亚型的研究尚待深入，一些研究提示它们也参与多种神经精神疾病的发病机制，但作用方式可能各不相同。本研究组在GAT1体内功能方面做出了重要工作，在国际上报道了一系列创新的发现。在此基础上，本申请拟利用小鼠基因剔除技术，对GATs家族另外三个成员进行体内功能研究，通过模式生物技术来分析上述基因和人类相关疾病的联系，推测它们在正常生理和行为控制中的作用。本研究将使人们对GATs家族成员的体内功能有一个较整体的认识，并为该家族成员用于神经精神疾病的诊治提供实验证据。

GABA转运蛋白(GABA transporters,GATs)是一类对控制脑内GABA浓度具有重要作用的细胞膜糖蛋白分子，其机制主要是通过摄取细胞外的GABA，对于控制GABA的突触间隙浓度和GABA存留的时间，维持中枢神经系统正常递质水平，保证GABA信号传递的正确性具有重要作用。GABA转运蛋白属于钠离子、氯离子依赖的神经递质转运蛋白超家族的成员，迄今在人及小鼠等哺乳动物中共发现有4种GABA转运蛋白亚型（GATs，GAT1-4），彼此间具有较高的同源性，种间序列保守。利用基因剔除技术，人们对GAT1的体内功能已有所研究，GAT1基因剔除小鼠表现出痛觉异常、学习记忆功能损伤、多动等症状，针对GAT1的药物可被用于治疗癫痫和镇痛。然而，对于GAT2-4的体内功能，科学界还尚不明确。为此，课题组分别建立了针对GAT1-4的四种基因剔除小鼠，并对这四种基因工程小鼠开展了系统的表型研究。研究结果发现，mGAT4基因剔除小鼠表现出运动协调性降低，具有明显的共济失调、平衡能力损伤。mGAT4基因剔除小鼠较野生型小鼠痛阈提高，表现出痛觉耐受表型。mGAT4基因剔除小鼠表现出抗焦虑样行为和抗抑郁表型，具有更多的社交探索行为。mGAT4基因剔除小鼠在学习记忆方面表现出非联合型学习、联合型学习和程序记忆的损伤。mGAT2或mGAT3的基因剔除小鼠在自发运动、学习记忆、伤害性感受、情绪等方面没有表现出明显的行为异常，表明它们在中枢神经系统中可能不担当重要作用，或者它们的作用可以被其它GABA转运蛋白代偿。但是在LPS+D-半乳糖胺诱导的急性肝脏损伤实验中，和野生型小鼠相比，mGAT2或mGAT3基因剔除小鼠的肝损伤状况显著轻微，表现为高的生存率和低的肝脏细胞凋亡和炎症反应。这一研究首次证明了GABA转运蛋白在肝脏损伤中的作用，拓宽了人们对GABA转运蛋白家族成员在体内参与的生理和病理作用的认识，也为治疗急性肝损伤提供了新的药物治疗靶点。此外，课题组还发现，mGAT1基因剔除小鼠表现出多动、注意力缺乏的症状，表明GABA系统的异常可能参与了注意力缺乏症的病理过程，并为该疾病的研究和相关药物研发提供了一种新的动物模型。