科學家建立器官特異性血管遺傳靶向技術

5月15日，中國科學院生物化學與細胞生物學研究所周斌研究組在國際學術期刊Circulation Research上發表了題為Genetic Targeting of Organ-Specific Blood Vessels 的最新研究成果。該項工作建立一套新的遺傳操作系統以實現更加精確的遺傳靶向，可用於基因敲除和過表達，並成功構建了心臟冠狀動脈特異性Cre（CoEC-Cre）和大腦血管特異性Cre（BEC-Cre），並利用這套新系統揭示了VEGF信號通路參與調控大腦血管新生及血腦屏障的形成。

血管是血液流通的管道，負責運輸氧氣、營養物質以及代謝廢物，在器官和組織的發育及再生過程中起到至關重要的作用。不同器官的血管在結構及功能上是異質性的。在組織損傷反應過程中，血管內皮細胞協調組織特異性幹細胞自我更新和分化以促進組織修復，並分泌大量趨化因子和分泌因子誘導組織再生。不同器官的內皮細胞在損傷反應中的作用都是獨特的。研究血管常用的遺傳工具小鼠為VE-cad-Cre、Tie2-Cre等，這些工具小滑鼠記所有的內皮細胞，無法精確地研究特定組織器官的血管。因此提高遺傳靶向的精度，開發組織特異性Cre工具將促進研究人員對內皮細胞在器官形成及再生過程中的深入功能研究。

到目前為止，遺傳靶向工具主要依賴於Cre-LoxP同源重組系統以解決細胞示蹤問題，進行基因功能研究。該系統的精度在很大程度上取決於基因表達的特異性，這種傳統方法具有固有的局限性。在該項研究中，研究人員利用兩套互相排他的同源重組系統即Dre-Rox與Cre-LoxP系統進行順序交叉遺傳靶向操縱，實現精確地遺傳靶向器官特異性的血管。順序交叉遺傳靶向操縱系統包括兩個要素：A-Dre和B-Cre-Rox-ER-Rox。傳統的CreER位於細胞質中，無法入核進行Cre-LoxP反應。在同時表達A和B的細胞中，Dre重組酶將識別並切割Rox位點，之後B-Cre將從細胞質中釋放入核，進行後續的Cre-LoxP反應。至此研究人員利用兩個啟動子更加精確地限定了標記的細胞，並且最後的有效輸出是Cre重組酶。該項工作為組織特異性基因操作提供了一個有效的策略，可以廣泛地應用到其他生物醫學領域。

該項工作在研究員周斌的指導下，由研究生蒲文娟等完成，並得到軍事醫學科學院研究員楊曉、英國牛津大學教授Nicola Smart等大力支持。研究工作得到中科院、國家基金委、上海市科委等資助。

左側：血腦屏障傳統遺傳靶向工具小鼠Mfsd2a-CreER;R26-tdTomato標記大腦細胞熒光圖；右側：器官特異性遺傳靶向工具小鼠BEC-Cre更加精準地標記大腦血管內皮細胞

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