疾病模型之高尿酸血症小鼠模型的介绍与应用
尿酸（Urate）是人类嘌呤化合物的终末代谢产物，嘌呤代谢紊乱导致高尿酸血症。尿酸氧化酶（urate oxidase, UOX）基因编码的尿酸酶（Uricase）在嘌呤的代谢过程中起重要作用。多数哺乳类动物体内高表达UOX，可将尿酸直接分解为溶解度比尿酸高的尿囊素（Allantoin），随尿液排出体外。人类在进化过程中，体内的Uox基因沉默失活，因此嘌呤分解代谢只能生成尿酸[1]。当尿酸生成速度超过肾脏的排泄能力时，血清的尿酸水平会显著升高，进而引发高尿酸血症。研究表明UOX可以显著降低人血清中的尿酸水平，并可以治疗由高尿酸血症继发引起的痛风和肾脏疾病等[2]。
图1. 尿酸代谢途径[2]
#STANDARD
判断标准
《成人高尿酸血症与痛风食养指南（2024年版）》中表明，日常饮食下，无论男性还是女性，非同日两次空腹血尿酸水平超过420μmol/L，即可诊断为高尿酸血症。
#RISKS
危害
- 尿酸结晶沉积于关节引起痛风发作，即便无痛风性关节炎的症状，也可导致骨和关节处沉积单钠尿酸盐，造成骨和关节损伤；
- 尿酸结晶沉积于肾脏，导致尿酸性肾病、增加肾结石发生概率、增加肾衰竭的风险；
- 尿酸结晶刺激血管壁，导致动脉硬化，引起高血压、慢性心脏疾病、脑卒中；
- 尿酸增高导致葡萄糖利用低下、胰岛素抵抗，诱发糖尿病。增加非酒精性脂肪肝发生风险。
#MODEL
动物模型
近年来，对治疗高尿酸血症的新靶点和新药物的研究受到广泛关注，构建持续稳定的高尿酸血症动物模型至关重要。常用的高尿酸血症动物模型主要分为两类：药物诱导模型和基因敲除模型。
药物诱导模型
在尿酸代谢过程中使用相应的药物，通过增加尿酸来源或减少尿酸排泄途径来实现。据此又可分为三类：增加尿酸的摄入、抑制尿酸的排泄、抑制尿酸酶活性。
基因敲除模型
主要涉及到尿酸酶Uox和尿酸转运体Abcg2基因的敲除。
Hyperuricemia
基于现有研究，南模生物建立了多种高尿酸血症相关小鼠模型，为深入探究高尿酸血症的发病机理、进行药物筛选以及评估药物疗效提供了强有力的工具。
部分验证数据
Uox-KO（NM-KO-191205）
Uox-KO小鼠表现出肾脏损伤，糖代谢和脂代谢紊乱，自发出现高尿酸血症表型。该品系杂合小鼠是可存活且可育的，大约40%的纯合子小鼠在出生后5周内死亡，远低于Wu等人报道的高尿酸血症纯合子小鼠在4周龄的时死亡率（65%）[3]。
图2. Uox-ko鼠高尿酸血症模型的构建。
图3.Uox-KO小鼠肾脏组织病理染色观察（HE&Masson）。
结果显示Uox-KO小鼠肾脏出现间质纤维组织增生，炎细胞浸润；肾小球萎缩，系膜组织增生；血管壁增厚；肾小管扩张形成囊肿；肾小管管腔内可见均质红染物质渗出。别嘌呤醇（G3组）无法改善Uox-KO引起小鼠的肾脏病变。
Uox-Flox/Alb-Cre（NM-XA-242357）
由于Uox-KO纯合小鼠在出生几周后会陆续出现死亡，繁育困难。一篇名为“A stable liver-specific urate oxidase gene knockout hyperuricemia mouse model finds activated hepatic de novo purine biosynthesis and urate nephropathy”的研究开发了一种肝脏特异性敲除尿酸酶（UoxCKO）的小鼠模型。这些UoxCKO小鼠自发地出现高尿酸血症，并且血清尿酸代谢产物积累，Pegloticase和allopurinol可以逆转UoxCKO小鼠中升高的血清尿酸水平[5]。尽管30周龄的UoxCKO小鼠出现了尿酸肾病，但90%的Uox缺陷小鼠寿命正常，没有明显的尿酸转运异常[5]。因此，UoxCKO小鼠是人类高尿酸血症的一个稳定模型。
南模生物通过Uox-Flox小鼠与Alb-Cre小鼠交配获得了肝脏特异性敲除Uox的小鼠Uox-Flox/Alb-Cre。
图4. Allopurinol对血清尿酸水平的影响。
6周龄的Uox-Flox/Alb-Cre雄性小鼠接受了Allopurinol治疗。与C57BL/6相比，Uox-Flox/Alb-Cre雄性小鼠的血清尿酸水平显著升高。Allopurinol（100mg/kg）治疗显著降低了Uox-Flox/Alb-Cre雄性小鼠的血清尿酸水平（n=10）。数值表示为均值 ± 标准误。
图5. 小鼠体重。
与C57BL/6小鼠相比，Uox-Flox/Alb-Cre雄性小鼠的体重较低。Allopurinol治疗对体重没有影响（n=10）。数值表示为均值 ± 标准误。
图6. 肾功能评估。
南模生物深耕基因编辑领域，提供全方位模式生物服务，包括基因修饰成品模型供应、个性化模型定制、饲养繁育、表型分析、药效评价等，满足不同实验室需求。若您有相关需求，欢迎拨打400-728-0660热线或于南模生物微信公众号在线咨询，我们的专业团队将竭诚为您服务！
Reference：
[1] Oda M, Satta Y, Takenaka O, Takahata N. Loss of urate oxidase activity in hominoids and its evolutionary implications. Mol Biol Evol. 2002 May;19(5):640-53. doi: 10.1093/oxfordjournals.molbev.a004123. PMID: 11961098.
[2] Lu J, et al. Mouse models for human hyperuricaemia: a critical review. Nat Rev Rheumatol. 2019 Jul;15(7):413-426.
[3] Wu X, et al. Hyperuricemia and urate nephropathy in urate oxidase-deficient mice. Proc Natl Acad Sci U S A. 1994 Jan 18;91(2):742-6.
[4] 成人高尿酸血症与痛风食养指南（2024年版）
[5] Pang L, Liang N, Li C, et al. A stable liver-specific urate oxidase gene knockout hyperuricemia mouse model finds activated hepatic de novo purine biosynthesis and urate nephropathy. Biochim Biophys Acta Mol Basis Dis. 2024;1870(3):167009. doi:10.1016/j.bbadis.2023.167009
关于我们
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，是一家上交所科创板上市高科技生物公司（股票代码：688265），始终以编辑基因、解码生命为己任，专注于模式生物领域，打造了以基因修饰动物模型研发为核心，涵盖多物种模型构建、饲养繁育、表型分析、药物临床前评价等多个技术平台，致力于为全球高校、科研院所、制药企业等客户提供全方位、一体化的基因修饰动物模型产品解决方案。
