腦組織特異表達S100B轉基因小鼠的建立

劉嘉琳，王海林，全雄志，黃 瀾，馬春梅，張連峰，秦 川

(中國醫學科學院醫學實驗動物研究所，北京協和醫學院比較醫學中心，北京100021)

研究報告

腦組織特異表達S100B轉基因小鼠的建立

劉嘉琳，王海林，全雄志，黃 瀾，馬春梅，張連峰，秦 川

(中國醫學科學院醫學實驗動物研究所，北京協和醫學院比較醫學中心，北京100021)

目的 S100B在多種神經損傷性疾病中高表達，高濃度的 S100B蛋白對中樞神經系統具有毒性作用。建立腦組織特異表達S100B轉基因小鼠，用于研究該基因在帕金森病(Parkinson's disease，PD)發病中的作用。方法ELISA法檢測S100B蛋白在α－synuclein A53T轉基因小鼠腦組織中的表達情況。構建PDGF－hS100B表達載體，顯微注射法建立S100B轉基因小鼠。PCR鑒定轉基因鼠的基因型，Western blot檢測基因表達水平。Rota－rod實驗檢測S100B轉基因鼠的運動協調能力。結果S100B在9月齡和12月齡α－synuclein A53T轉基因小鼠腦組織中的表達高于野生型小鼠。建立了2個品系的腦組織特異表達 S100B轉基因小鼠。與野生型小鼠相比 S100B轉基因小鼠表現出明顯的進行性運動協調能力障礙。結論S100B轉基因小鼠的建立為研究該基因在PD中的作用提供了工具。

α－synuclein A53T;S100B;小鼠，轉基因;腦

S100B蛋白是一種酸性鈣結合蛋白，作為腦內特異蛋白，主要由星型膠質細胞(astrocyte，As)合成，生理狀態下腦內S100B蛋白在胚胎期第14天就有微弱表達，隨后與神經系統的生長發育呈平行增加的關系，成年后相對穩定。S100B對中樞神經系統的影響是雙向的，生理量的S100B對中樞神經系統的發育、可塑性以及損傷的修復都是必不可少的。高濃度的 S100B蛋白對中樞神經系統具有毒性作用，導致神經系統功能紊亂。研究顯示，腦外傷［1］、腦血管病［2］、中樞神經系統炎性疾病［3］以及Down's綜合征、Alzheimer病［4］等神經退行性病變病人腦中都可檢出高水平的S100B。S100B可通過受損的血腦屏障進入血液，因此，升高的血清 S100B蛋白可作為腦損傷的標志。

帕金森病(Parkinson's disease，PD)作為一種嚴重危害人類健康的神經退行性疾病，其與S100B之間的關系國內外報道較少，我們首先在 α－synuclein A53T轉基因小鼠 PD模型腦組織中檢測了 S100B蛋白的表達情況，并進一步構建了S100B轉基因小鼠模型，以研究S100B在PD發生發展中的作用。

1 材料和方法

1.1 ELISA法檢測S100B在α-synuclein A53T轉基因小鼠腦組織中的表達情況

3，6，9，12月齡 α－synuclein A53T轉基因小鼠(中國醫學科學院實驗動物研究所提供提供，動物合格證號:GC－08－2014)及陰性對照各8只，脫頸處死后于冰盤上快速剝離腦組織，稱重后加入一定量的NP－40細胞組織裂解液(碧云天，P0013F)制成10%的腦組織勻漿，離心20 min(3 000 r/min)取上清進行ELISA(試劑盒購自美國RB公司)檢測。

1.2 S100B轉基因小鼠模型的建立

從MGC購買 pOTB7－hS100B載體(IMAGE: 3543825)，通過PCR擴增獲得帶有Hind III和Xho I酶切位點的S100B cDNA目的片段，上游引物為 5′－TTTTAAGCTTCACCATGTCTGAGCTGGAGAAGGC－3′;下游引物為5′－TTTTCTCGAGTTGCATGACCGTCTCT GTTACAG－3′(上海生工公司合成)。反應條件為: 94℃ 2 min;94℃ 30 s，62℃ 40 s，72℃ 40 s，共35個循環。PCR產物經瓊脂糖凝膠電泳純化后克隆到pMD18－T vector，進行序列分析(北京三博遠志公司)，把序列正確的S100B基因連入PDGF(由哈佛醫學院 Tucker Collins博士惠贈)啟動子下游 Hind III和Xho I酶切位點之間，構建腦組織特異表達S100B的轉基因載體，經Xba I將表達載體線性化，獲得 S100B 基因轉基因片段。調整濃度至5 ng/μL，用顯微注射法將線性化的轉基因載體注射到C57BL/6J小鼠的受精卵中(C57BL/6J小鼠購自康藍公司)，用ICR小鼠作假孕受體(ICR購自北京維通利華實驗動物技術有限公司)，制備轉基因小鼠(TE2000－U顯微注射儀)。

轉基因小鼠在出生后9～14 d用剪趾法標記，收集剪下的組織，用堿裂解法提取基因組 DNA，用PCR法對轉基因小鼠進行基因型檢測。上游引物為5′－ATTCTGGAAGGGAGGGAGA－3′;下游引物為5′－GGCAGGCAGTAGTA ACCAT－3′(上海生工公司合成)。反應條件為 94℃ 5 min;94℃ 30 s，58℃30 s，72℃ 30 s，共30個循環。

1.3 Western blot檢測鑒定S100B蛋白的表達

提取S100B轉基因小鼠F1代和野生型小鼠腦組織總蛋白，BCA法測定濃度，取等量蛋白進行SDS－PAGE凝膠電泳，隨后將蛋白電轉至 PVDF膜上。膜先在5%脫脂牛奶中室溫封閉1 h，加入兔抗S100B蛋白抗體(1∶1 0000稀釋，Abcam)，4℃雜交過夜。將膜轉移到HRP標記的山羊抗兔抗體(1∶10 000稀釋，Pierce Biotechnology)中，室溫雜交 1 h。將膜置于化學發光液中，曝光、顯影及定影。

1.4 Rota-rod實驗

小鼠分為3月，6月齡組，每組S100B轉基因小鼠及野生型對照各12只。實驗前，每只小鼠訓練5 min，使其能夠在轉棒儀上停留，隨后休息2 min開始實驗，轉速為24 r/min，以300 s作為實驗終止時間，記錄小鼠在轉棒儀上可停留的時間。每只小鼠測試5次，取平均值作為該小鼠Rota－rod實驗結果。

1.5 統計學分析

實驗結果用均數±標準誤表示，并用SPSS10.0軟件對數據進行統計。先進行數據的方差齊性檢驗，組間比較采用獨立性t檢驗。

2 結果

2.1 S100B蛋白在α-synuclein A53T轉基因小鼠腦組織中的表達情況

S100B蛋白在 3月齡和 6月齡 α－synuclein A53T轉基因小鼠腦組織中的表達與野生型對照相比差異無顯著性，而在9月齡和12月齡時顯著升高(圖1)。

圖1 S100B蛋白在α－synuclein A53T轉基因小鼠腦組織中的表達情況(*為P＜0.05)Fig.1 The expression of S100B protein in the brain of αsynuclein A53T transgenic mice(* indicates P＜0.05)

2.2 PDGF-hS100B表達載體的構建和轉基因小鼠的建立

用PCR克隆hS100B cDNA，測序結果表明克隆的 cDNA同已報道的序列完全一致。將 hS100B cDNA插入到 PDGF－鏈啟動子下游構建 PDGF－hS100B轉基因載體(圖2)。用顯微注射法將線性化的轉基因載體注射到 C57BL/6J小鼠的受精卵中，轉入到假孕受體ICR小鼠中，小鼠出生后9 d提取基因組DNA，用PCR擴增S100B目的基因205 bp的片段來檢測S100B轉基因小鼠，共得到5只陽性首建鼠，都可以傳代，分別是Founder2、24、35、36、53 (圖3)。

圖2 PDGF－hS100B表達載體構建Fig.2 The construction of PDGF－hS100B vector

圖3 PCR鑒定S100B轉基因小鼠的凝膠電泳分析Fig.3 Genotyping of the transgenic mice of S100B with PCR

2.3 S100B蛋白在轉基因小鼠腦組織中的表達

分別提取5個首建鼠的F1代陽性轉基因小鼠和同月齡野生鼠腦組織總蛋白，Western Blot檢測S100B的表達。其中founder 2、founder 36首建鼠的F1代轉基因陽性小鼠腦組織 S100B表達量明顯高于野生型和其它founder的小鼠(圖4)。

圖4 S100B在轉基因小鼠腦組織中的表達Fig.4 The expression of S100B protein in the brain of transgenic mice

2.4 Rota-rod實驗

取3月和6月齡轉基因小鼠和同窩陰性對照鼠分別進行Rota－rod實驗，發現3月齡時轉基因小鼠較陰性對照小鼠均表現出運動協調能力降低，在轉棒儀上可停留的時間明顯短于對照組小鼠。6月齡時運動協調能力下降更加明顯(圖5)。

3 討論

PD是一種病因不甚明確的神經退行性疾病。S100B作為一種腦內特異蛋白，研究顯示［5］在 PD病人血液中存在該蛋白的升高。我們利用我所構建的人 α－synuclein A53T轉基因小鼠 PD模型［6］作為研究工具，同樣發現在9月齡和12月齡轉基因小鼠腦組織中出現了 S100B蛋白的顯著升高。可能是隨著病程的進展，反應性的 As增殖，以及白細胞介 素－1(interleukin－1，IL－1)、白 細 胞 介 素－6 (interleukin－6，IL－6)、腫 瘤 壞 死 因 子－α(tumor necrosis factor alpha，TNF－α)等細胞因子分泌增多，而這些因子都可以進一步刺激As的增殖與活化，產生大量的 S100B蛋白［7－8］。

高濃度的S100B蛋白通過①升高神經元內鈣離子的濃度引起鈣超載［9］;②誘導產生過多的NO［10］;③上調凋亡相關基因如c－fos、c－jun、bax、bclx、p15和p21等機制對中樞神經系統產生毒性作用［11］。Himedal等［12］在小鼠腹腔注射 MPTP后，發現小鼠黑質和紋狀體星形膠質細胞表達 S100B的水平與酪氨酸羥化酶(tyrosine hydroxylase，TH)陽性的多巴胺神經元數量減少密切相關。Debora等［13］根據 H－Y分級及基本日常活動(activities of daily living，ADL)對40例PD患者進行臨床分期，并檢測其血液中S100B的含量，發現血液中S100B的含量與臨床癥狀的嚴重程度密切相關。這些均提示S100B的過多表達可導致 PD病程的進一步發展。為此，我們構建了腦組織特異表達的 PDGF－hS100B轉基因小鼠，首建鼠 founder 2、founder 24、founder 35、founder 36和founder 53的后代小鼠PCR檢測的結果顯示外源基因能穩定地傳遞到下代。Western結果表明人 S100B基因的表達量在Founder2和Founder36轉基因小鼠腦組織中與野生型相比顯著增高。運動障礙是PD小鼠的主要行為學障礙，包括運動不能、運動減少、運動遲緩，Rotarod實驗顯示:3月齡和6月齡S100B轉基因小鼠與對照組相比可表現出明顯的進行性運動協調能力障礙，且隨著年齡的增長，這種差異更加明顯。但我們未發現免疫組化染色有明顯的TH(+)的多巴胺神經元數量的減少，可能與小鼠的年齡及病程的進展有關，需要進一步的研究與觀察。

綜上所述，PD時 S100B蛋白含量的升高不僅是腦細胞損傷的結果，又是腦細胞進一步損傷的原因之一。S100B轉基因小鼠的建立為研究該基因在PD中的作用提供了工具。

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Establishment of Brain-Specific S100B Transgenic Mice

LIU Jia－lin，WANG Hai－lin，QUAN Xiong－zhi，HUANG Lan，MA Chun－mei，ZHANG Lian－feng，QIN Chuan
(Institute of Laboratory Animal Sciences，Chinese Academy of Medical Sciences，and Center of Comparative Medicine，Peking Union Medical College，Beijing 100021，China)

ObjectiveTo establish a brain specific S100B gene transgenic mice and investigate its effect on the development of Parkinson's disease(PD)。MethodsThe expression of S100B protein in the brain of α－synuclein A53T transgenic mice was detected by ELISA.The expression vector of PDGF－hS100B was constructed.The transgenic mice were produced by microinjection and the genotyping was detected by PCR.The expression levels of the transgenic gene were detected by Western blot.Motor coordination of the S100B transgenic and control mice was detected by Rota－rod test. Results The expression of S100B protein in the brain of 9－and 12－month old α－synuclein A53T transgenic mice was higher than that of the wild type mice.Five founders of brain specific PDGF－hS100B transgenic mice were established and two high－level expression lines were identified.Compared with the wild type mice，S100B transgenic mice showed apparently progressive decline in motor coordination assessed by Rota－rod test。ConclusionThe transgenic mice with brain specific expression of human S100B gene have been established and it can be used to investigate the function of S100B gene on the development of Parkinson's disease.

α－synuclein A53T;S100B;Mice，Transgenic;Brain;Parkinson's disease

R741

A

1671－7856(2010)

2010－01－05

衛生部項目:實驗動物和人類疾病動物模型資源擴展(200802036)和十一五新藥專項支持(2009ZX09501－026);中央級公益性科研院所基本科研業務費專項基金(DWS200808)。

劉嘉琳(1978－)，女，博士生，研究方向:老年退行性疾病。

秦川，博士生導師，E－mail:qinchuan@pumc.edu.cn;張連峰，博士生導師，E－mail:Zhanglf@mail.cnilas.org。