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第四节 突变基因的特点


  一、小鼠突变基因的特点


(一)神经系统

1.脑室、脑水肿

⑴脑突出(脑疝,Brhin Hernia,bh):bh/bh小出生时即可见大脑疝,有些发生水肿,3/4纯合子表现严重的小眼或无眼,2~3周后均发生多囊肾。

⑵大脑变性(大脑退化,Cerebral Degenereation,Cb):产生脑积水,通常出生时即表现出来。脑积水可能继发于大脑的广泛性破坏,与胚胎期病毒感染有关。

先天性脑积水(Congenital Hydrocephalus,Ch):妊娠的第11天即发生大脑半球的异常肿胀,颅底软骨的体积减少,并伴随蜘网膜下腔的发育迟缓,影响到脑脊髓液的重吸收而直接与脑积水发生有关。

⑷脑积水-3(Hydrocephalus-3,hy-3):与先天性脑积水相似,是脑软膜蛛网膜发育不全的结果。

⑸阻塞性脑积水(Obstructive Hydrocephalus,oh)病很少能活到断奶,病变从一周龄开始出现,脑室系统扩张,持续发展到二周龄左右,增大的大脑半球压迫中脑使水管闭塞。大脏皮质中轴突变和树突的数目减少,神经系统的进行性损伤引起了皮质的进行性破坏和脑室的扩张,最终导致了水管内压升高。

2.小脑

⑴神经质(Nervous,nr):病(nr/nr)体形通常较同窝小,大约在3.5周龄时表现为明显的活动力减弱和轻度步态不稳。小脑蚓部浦肯野氏细胞发生变性,小脑皮质分子层反应性胶质细胞增生。nr/nr小还表现有视网膜感光细胞的慢性进行变性。

⑵佝偻病(Rachiterata,rh):rh/rh小脑皮层和大脑皮层中的神经原发生错位和异常移行,18日龄时症状完全表现出来,姿势和步态不稳,共济失调。小脑的体积减少,小脑叶可发生严重病变,颗粒细胞数目减少,浦肯野氏细胞错位于颗粒细胞层内。

⑶蹒跚(Staggerer,sg):sg/sg的的症状在出生后四周内发展起来,表现为步态异常,迟缓,运动蹒跚,很少运动,若运动时可伴有短时间的颤抖。小脑体积小于正常的1/3,很少有肉眼可见的脑沟。小脑叶很小,分层不明显,颗粒层细胞很少,分子层狭窄。

⑷摇动(Swaying,Sw):Sw/Sw主要症状是躯体共济失调和四肢强直。小脑前蚓部大多缺失,下丘脑向外侧错位,上丘脑直接与小脑白质混为一体。尽管小脑皮质被破坏,但浦表野氏细胞和颗粒细胞之间的组织学关系基本正常。

⑸摇晃(Weaver,Wr):Wv/Wv出生后8~10天可出现步态不稳,倒下和试图恢复平衡时身体和四肢有颤抖表现。当受刺激或兴奋时跳跃较高(一般可达25cm)。小脑的颗粒细胞几乎完全缺乏。发现于C57BL/6J小

(二)髓鞘异常

1.颤抖(Quaking,qk):发现于PBA/2J小,qk/qk受打搅时,表现为颤抖,3周龄时达高峰,成年可以保持僵硬不运动的姿势。病变局限于脑和脊髓,肉眼能看到它们缺乏髓鞘。

2.机敏(Jimpy,jp):10~12日龄在行动时伴有全射颤抖,3~4周时,出现全身阵发性强直惊厥,通常30日龄时发生死亡。脑和脊髓的髓鞘广泛缺乏,但细胞结构仍保持完整。在有髓鞘神经囊里有载脂巨噬细胞存在。这表明髓鞘曾形成,后又遭到破坏。这些特征与人类的嗜苏丹脑白质障碍相似。

3.摇摆致死(Wabbler-Lethal,WL):wl/wl12日龄时,表现为行走困难(后肢抱地)和步态不稳及颤抖,3~4周龄时,症状持续加重直至死亡。前庭脊髓囊和脊髓小脑囊、结合臂、红核、红核脊髓囊、前庭神经、前庭核、附绳状体、斜方体及橄榄核中的髓鞘变性,未见端脑中发生变性的报导。各种有髓鞘系统的包绕结构似乎与其发育的次序有关。

4.突变低头(Ducky,du):du/du10日龄时即可见步态跠跚,协调不好,在3~4周时,病表现出惊厥,它们可以活到性成熟且能繁殖的年龄,但其寿命常常较短。中枢神经系统某些区域发育不全,影响最严重的部位还是脊髓、脊神经节、脊神经、小脑和延脑。

(三)其它神经突变

1.摇摆(Wobbler,Wr):发现于C57BL/FA小。Wr/Wr病是一种运动系统疾病。3~4周龄时,表现为颤抖和前爪抓握无力,颈部和前肢的肌肉进行性衰弱,导致步态不稳,失去攀爬和正常使用肢体的能力。但能存活一年以上。脑干和脊髓中运动神经原的病理变化极为显著。

2.痉挛(Spastic,Spa)Spa/Spa14日龄时,表现为四肢和尾巴快速颤抖,姿式僵硬。对某些药物反应良好,如氨基含氧乙酸能明显改善其临床症状,脱氧吡哆酮可以加重痉挛的临床症状。缺乏维生素B6的饲料也可加重痉挛的临床症状。

3.肌肉紧张不足(Dystonia Musculorum,dt):dt/dt共济失调症状随龄加大而加重,肢体发生交替性伸展过度和屈曲过度,3~4周时,腿部的蠕动和姿式的异常具有特征性,但这种肢体运动再不可能是有效的行动。病变主要见于外周神经、感觉根、脊神经节、脑神经节、脊髓和脑干。

4.跄踉(Shambling,Shm):Shm/Shm16~18日龄时,体小,颤抖,步态不稳,后肢运动协调不好,经常呈后肢僵直向外伸去的姿势。主要病变在腰部脊髓,包括延髓。

5.蹒跚(Tottering,tg):tg/tg2周龄即可见到神经症状,步态异常,常会跌倒,间歇性局部痉挛,后肢重复出现痉挛性外展和伸直达几少钟,到3周龄时,痉挛方式已固定。

6.缺乏胼胝体(Absence of Corpus Callosum,ac):该胼胝体缺失是偶然发现的,未见有任何临床症状。病解剖学病变可分为三型:第一型的胼胝体全部缺失,这是最明显的病变;第二型是胼胝体前部的缺失;第三型是胼胝体后部的缺失,

7.筛状退化(Cribriform Degeneration,Cri):Cri/Cri纯合体2.5~3周龄时,体小,衰弱,行动共济失调。贫血、电解质不平衡和神经系统的病变是Cri突变基因的多效性作用。最明显的病理变化是在脊髓白质中出现对称性的筛状病变。垂体前叶、睾丸和甲状腺等内分泌腺的体积减少,钾、氯、钠离子的分布异常。

(四)耳

1.耳聋(Deaf,Vdf):仅表现耳聋,是由Conti器、蜗螺旋神经节及血管纹变性结果。

2.耳聋(Deafness,dn):耳蜗和球囊斑发生变性引致。

3.抽筋(Jerker,je):是耳蜗的感觉细胞、球囊和椭园囊变性的结果。

4.趾尖旋转(Pirouette,pi):Conti器、蜗螺旋神经节、血管纹、球囊斑及壶腹嵴变性,并有趾间旋转症状。

5.摇摆-1(Shaker-1,sh-1):Conti器、蜗螺旋神经节、血管纹及耳蜗变性,球囊斑及前庭迷路变性,并有摇摆症。

6.转圈(Rotating,rg):从40日龄起发生球囊斑变性,半规管的发育受到限制,不聋,但有转圈症状。

(五)眼

1.眼睑翻开(Gaping Lids,gp):出生时眼睑开放,角膜不透明,从妊娠的第15天起晶状体增大,并有裂唇。

2.眼睑翻开(Open Eyelids,oe):出生时眼睑翻开,角膜混浊,有些发生小眼,晶状体和视网膜错位,角膜也可能发生错位。

3.小眼畸形(Microphthalmia,mi):眼小,眼腔闭合,常有白内障,多数mi/mi死于断奶年龄左右,严重的有骨骼缺陷。

4.白内障(Catarait,cat):晶状体呈乳白色,出生时混浊,患白内障

5.异位(Ectopic,ec):5周龄发生晶状体混浊?

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4.缺皮脂(Asebia,ad):ab/ab的皮肤上有发育不良的毛并完全缺乏脂腺,毛囊数目减少(缺乏毛囊)。

5.鱼鳞状皮肤(Ichthyosis,ic):6日龄鼠皮肤粗糙且呈乳头状,体侧、体背和尾部的皮肤出现破裂,2周龄时毛被稀薄,短且卷曲,3~4周龄时,皮肤变得干燥,硬实,且呈鳞状,然后破裂胶落,常见有真皮层的继发感染。

(七)肌肉系统

1.肌肉发良不全(Muscular Dysgenesis,mdg):mdg/mdg小的骨骼上的成肌细胞不分化,出生时常发生死胎或出生后很短时间死亡。其体型短而宽,皮肤松驰而光滑,颌小和裂。

2.肌营养不良(Muscular Dystrophy,dy):发生于129J小。病(dy/dy)在出生时活的,但大约到3周龄开始表现进行性肌衰弱和广泛性的肌萎缩,无生殖力dy/dy雌的卵巢移植到正常雌体内是具有生殖力的。该肌纤维较正常的大或小,结缔组织量增加,有些区域肌纤维被脂肪组织代替,肌原纤维渐进性丧失。

(八)骨骼系统

1.小眼畸形(Microphthalmia,mi)眼小,常有晶状体白内障和视网膜裂。门龄通常不冒出牙床长骨缺乏正常的重建,使长骨变短,其近端呈圆锥形,在骺后下方不形成正常骨头的特征性形状。

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,尾短而粗,头呈圆顶形,上颌缩短而呈“叭喇狗”外形,牙齿错位咬合,鼻短而宽(可造成发)。

7.短而宽的畸形突变(Brachymorphic,bm);垂耳(Droopy-Ear,de);短头突变(Short-head,Sho);矮胖(Stubby,stb)突变

此外尚有:短肢(Phocomelic,PC),短趾(Hypodactyly,Hd),多趾(Extra-toes,xt),短尾(short-tail,Sd),驼背(Kyphoscoliosis,Ky),少趾(Oligodactyly,ol),短耳(Short-Ear,se),显性半肢畸形(Dominant Hemimelia,dh)等。

(九)血液、淋巴和免疫系统

1.米色突变小(Beige mouse):全身被毛基部以及耳和尾巴皮肤的色素减少,病眼色淡,对感染的易感性高,出血性素质以及某些细胞中出现异常颗粒。其色素变化是由于这种突变体发生部分白化的结果。这些症状与人类、牛和水貂的部分白化相似。因此米色小可作为Chediak-Higashi综合征的一个模型。

2.泡沫细胞性网状细胞增多(Foam cell Neticulosis)小:这种病与人类Gaucker氏和Nieman-pick氏病相似。发现于3月龄的CBA小,淋巴器官发生明显改变,胸腺肿大不透明,纵隔和系膜淋巴结也常发生类似的变化。正常组织被大巨噬细胞(直径15~40μ)所代替,这些泡沫细胞的胞浆中含有多量脂肪等物质。

3.能活的黄色(Viable yellow,AVY)小:免疫研究用,GVH下降,对肝癌、乳腺癌、胆管瘤的易感性降低,易发生肥胖症。

Ay:yellow与Avg相似。

4.米黄色(Beige,bg)小:影响颗粒细胞的趋化性,降低对肺炎的易感性,降低对金黄葡萄球菌的杀伤力,如人的Chediak-Higashi综合?开。

5.Ames矮小(Ames dwarf,df)小:有很多免疫缺陷,断奶后胸腺萎缩,血中淋巴球减少症(Lymphopenia),GVH降低,对PHA与Con-A反应低,SRBC体液反应降低,垂体功能缺陷。

6.显性半肢畸形(Dominant himimelia,Dh)小:半肢畸形显性,淋巴结大,白细胞增多,网状内皮系统功能降低,脾脏缺乏,后肢少一块骨头。

7.矮小(Dwarf,dw)小:断奶后胸腺萎缩,胸腺激素降低,GVH降低,对SRBC反应降低,自家免疫性降低。

8.无毛(Hairless,hr)小:无毛与nu/nu差不多,但与nu/nu有区别,6月后胸腺皮质萎缩,GVH降低,细胞免疫性降低,接触性敏感性降低。

9.嗜睡(Lethargy,lh)小:嗜眠症(是容易睡觉的品系),胸腺与脾脏的大小缩小,胸腺25天萎缩,Peyer′s斑减少,血中淋巴球减少,GVH移植反应降低,45天前死亡。

10.淋巴细胞增生(Lymphoproliferation,Lpr)小:淋巴细胞增生是一对隐性基因,40周龄前有大的淋巴结,免疫球蛋白增加,高免疫复合物引起的肾炎,有风湿关节炎。

11.脂多糖应答(Lipopolysaccharide response,LPS)小:对脂多糖体液与引起丝状分裂(Mitogemic)的应答减少。

用两种小C3H/HeJ与BL/10ScCr同型合子做实验时发现对内毒素抵抗力增强,其它则对内毒素敏感,研究这两类小内毒素反应可提供人类对内毒素的反应,包括内毒素引起休克等等。

Lps是细菌外壳革兰氏阴性。抗原成分Lps内毒素在体内可刺激许多的细胞,包括B细胞、巨噬细胞、纤维母细胞、T细胞均可受到Lps作用,杀肿细胞能力降低,由于突变,可有很多的指标测定其变化。

12.早蛀(Motheaton,Me)小:影响免疫系统的隐生突变,引起T及B细胞的免疫缺陷,脾大,胸腺缩小,淋巴结减少,无GVH反应,对羊红细胞反应极少,对各种突变原反应降低,多克隆高免疫球蛋白血症,抗DNA抗体增加,免疫复合物肾炎增加。

13.肥胖(Obese,ob)小:对羊红细胞(SRBC)反应降低,血清里的IgG减少,对同种异体移植排斥延迟,肥胖病(obesity),高胰岛细胞减少(B细胞的演化发生成熟均减少),降低对sss-ⅢIgM 反应(肺炎双球菌多糖第Ⅲ型IgM反应),对依赖胸腺抗原的反应降低。其它特点同前述。

(十)胃肠道

1.巨结肠(Megacolon)小:特征为结肠慢性便泌和扩张,结肠中含有粪便。这种病与人类的遗传性巨结肠(Hinschspwrong氏病)很相似,两者的基本病变都是结肠肌丛中神经节细胞的数目减少或完全缺乏,致病作用是肛门直肠反射紊乱,以致肛门扩张时,直肠不扩张或持续收缩而阻止粪便的排出,结肠末端10毫米常常缺乏神经节细胞。

2.致死性花斑(Piebald-lethal,sv)和致死斑点(Iethal-spotting,ls)突变的被毛可产生花斑点或白斑点。最终均死于巨结肠。

3.新生肠道脂沉积症(Neonatalintstinal Lipdosis,Nil)发现于A系小,出现后4天内,哺乳后几小时,部分小肠呈瓷白色,绒毛固有层中有脂肪聚集,粘膜下层聚集的量更多,这些脂肪大大增厚了粘膜下层,而造成肠道的白色外观。这是由于小肠运输脂肪能力先天性缺乏所造成。

(十一)泌尿系统

1.肾发育不全(Dysgenesis of the kidney)小:可以遗传,突变出生后表现肾静脉或动脉异常,肾发育不全(小肾),肾发育阻滞(马蹄肾),一侧或两侧肾脏缺乏。如显性半肢畸形突变(Dominant hemimclia,dh);眼疱疹突变(Eye-bleb,eb);少趾突变(Oligodactyly,ol);Danforth氏短尾突变(danforth′s short-tail,sd);少并指突变(Oligosyndacty lism,os)。

2.肾盂积水(Hydronephrosis)小:如可发生于髓脑疱疹突变(Myelencephalon,my);脱位突变(Lnxate,lx)短耳突变(Short ear,se)。

3.多囊肾(Polycystic kidney)小:如可发生于脑疝突变(Brainhernia,bh);肾病突变(Kidney disease,kd);ur突变(Urogeuital)。

(十二)生殖系统

1.睾丸雌性化(Testicuiar feminization,Tfm)突变:它在许多临床、形态和生物化学特征方面与人类的睾丸雌性化综合征相似。这是假两性畸形的一种表现,病具有外部正常的雌性表现型,有阴道无子宫或输卵管。

2.跳一不育(Hop-sterile,hop)小:纯合体雄性动物精子发育不完全,所产生的精子无功能性尾,超微结构研究表明精子尾部缺失或缺陷。

  二、大鼠突变基因的特点


(一)代谢紊乱

1.尿崩症大(Diubetes Insipidus Rat):患尿崩症的Brettebor大是通过Larg-Evems大后代选择交配产生的。这种下丘脑型尿崩症是由下丘脑神经垂体系统的病变,使加压素和抗利尿素分泌减少引起的。病的特征表现为烦渴和多尿。正常大每天的尿量通常减少体重的10%,而尿崩症大每24小时可排出大约占体重25~125%的尿液。下丘脑性尿崩症大的垂体提取物中不含有加压素,下丘脑中没有或很少有加压素,这表明患这种类型尿崩症的大都有遗传性合成加压素的缺陷。

2.高血压大(Spontaneously Hypertension Rat)血压变化可见于前述。这里主要介绍高血压大的几个系统的病变,在因饲喂过量的盐而发生高血压后的大。观察到类纤维蛋白变性和有些肾小动脉中间层增厚。Okamoto等研究了心血管系统,报告结节性动脉外膜炎是最常见的血管疾病,它使高血压发生率增加,高血压也变得更严重和持续时间加长,另外还可见到心脏肥大,心肌痕形成和肥大以及小动脉和纤维素变性或坏死。此外红细胞增多也是自发性高血压大的常见特征。

3.肥胖症大(Fatty Obesity,fa):fa/fa大在3周龄时表现为肥胖,到5周龄时特别明显。吃食物量比同窝正常多,到40周龄其体重几乎是正常的一倍,此时,雄重约800克,雌约500克,而同窝正常雄约为500克,正常雌约为300克。

肥胖大,血浆中脂肪酸总量增加十倍。胆固醇和脂含量增高。血浆甘油三酸酯升高与遗传缺陷有关,而不单纯是因为过食。有高血压但无动脉壁的病变。

Fa/fa大雌性不能生育,子宫小且发育不全,雄性器官外观正常,偶而具有繁殖力。

4.血胆红素过多症(黄疸)(Jaudice,j)大:发现于突变大。这个大遗传性疾病和人类婴儿先天性血胆红素过多(Grigler-Naziar)综合征,都是由于肝脏二酸尿嘧啶(VDP)葡萄糖醛酸转移酶缺乏引起的。

合子黄疸(j/j)大出生后很多快就会因过多的胆红素(血胆红素过多)使皮肤和其它组织呈现黄色,即使在多毛、皮厚的成年黄疸仍存在。

VDP葡萄糖醛酸转移酶的缺乏,导致血液和组织中聚积非结合胆红素。胆红素不能结合导致其不能从肝脏中转移出来,因此,病胆汁可能无色,缺乏胆红素葡萄糖醛酸酯,只含有微量的非结合胆红素。有少量的非结合胆红素进入大的肠腔,但多数胆红素分解为重氮基,并随胆汁和尿液排出。

(二)皮肤和皮下组织

的遗传性毛缺失(稀毛症)至少有两个突变基因引起,第一个突变基因(hr),2~3周龄时即开始表现为毛脱失,毛变稀,这是毛不能周期性再生的结果,直到所有的毛(除触须外)都脱光。另一个突变基因(n),出生时触须卷曲,被毛稀疏,大约到了3周龄时毛即脱失了,在每一个毛生长周期里可见绒毛样毛,但一次比一次减少。

(三)骨骼系统

侏儒突变大,有两个突变基因,侏儒-1(dw1),约12日龄时生长减慢即明显可见,成年的体重约为同窝正常雄的50%,而雌的体重约为正常雌的70%。

侏儒-2(dw2),表现型出现于2月龄左右,随后生长速度明显下降,躯干矮胖,眼球突出并终生存在。

(四)造血系统

致死性遗传性贫血(Lathal hereditary anemia,an)大:首先见于2-3日龄的病,常在14日龄时发生死亡。黄疸明显,体重持续下降,红细胞表现为异形红细胞症,小红细胞症及球形红细胞症,并且红细胞数减少。

(五)生殖的泌尿系统

1.睾丸雌性化(Testicular fenunization)或假两性畸形(Psendohermaphroditism)大:病表现型为雌性,但具有xy核型阴性性染色质核,这些大除在腹股沟管或腹腔中存在睾丸外,缺乏生殖道(卵巢、输卵管、子宫),因此,大本病和人类的睾丸雌性化相似。

2.隐睾症(Cryptochidism)大:病睾丸一个或两个留在腹股沟管中,尽管腹股沟或腹内的睾丸不产生精子,但睾丸酮的分泌量并不降低,当然,两个睾丸都在腹腔或腹股沟管中的雄是无生殖能力的。

3.肾盂积水(Hydronephrosis)大:荷兰Rijswijk的棕色Norway(BN)品系大和Gum品系大发生这种遗传性疾病。病的肾脏的输尿管没有任何明显的阻塞,一侧或二侧肾的肾盂肿胀,不分性别均可发病。

4.肾缺失(Renal agenesis)大:病常可见一侧肾脏缺失,因为两侧的肾缺失的是不能生成的,但后者可见于胚胎早期,在肾脏缺失的一侧输卵管和子宫角也常缺失。有时,一侧肾缺失和肾盂积水可同时发生

(六)眼睛

1.遗传性视网膜营养不良(Inherited retinal dystrophy,rdy)大:rdy突变大的视网膜的病变与人类的色素瘤性视网膜炎相似,故有时称本病为“大的色素瘤性视网膜炎”。

病变包括从视网膜发育后期即开始的光感受细胞的进行性丧失,起初主要包括两个过程:

⑴视紫质产生过多,伴有板层组织成分异常。

⑵光感细胞进行丧失。大约到光感受细胞达到成熟状态和获得视网膜电流描记(ERG)功能以及当rdy/rdy大的视紫质水平达到正常值的二倍时,内杆体节和核开始变性。ERG敏感性逐渐丧失,外体节和极层变性,色素细胞移入外层体节的碎片中。

由皇家外科医院(RCS)大发展了几个同源品系,RCS大来源于VC(Vneversity college)大,VC大和亲代RCS大仅是在染色体上影响色素形成的某些位点有所不同,包括淡红眼(p/p)、黑眼(p/t)或白化(c/c)基因结合纯合状态的视网膜营养不良(rdy/rdy),这些同源品系分别用RCS-p,RCS-p/t,RCS-c表示。

2.牛眼、表光眼(Buphthalnos,glaneoma)大:在大、兔、猪等动物中可见到一侧或两侧眼睛极度肿大,类似牛眼。病眼至少肿大一倍,突出眼框,眼前房和后房的内容物清朗,但有时带血,在有些病例,永久性瞳孔膜淹没了过滤角,阻止眼液从过滤角通过静脉流走,眼内压升高就导致了上述症状和后遗症。

青光眼发生于WAG近交群。连续兄妹交配到95代后,牛眼的发生率逐渐升高,F98代时,牛眼的发生率15.3%。

3.白内障(Cataract,ca)大:病出生后约14日龄眼睑睁开时,表现为晶状体混浊(常为二侧),混浊常见于晶状体的中央。病变晶状体比正常的小,呈磨茹状而不呈球状,混浊是晶状体蛋白变化的结果,而不是由于矿物质增加,视网膜可能正常,未见有任何糖尿病的迹象,甲状旁腺也未发生任何组织学异常。


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