《Molecular Genetics and Metabolism》：Tay-Sachs disease models: From cellular and animal models to treatment perspectives
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Tay-Sachs病（TSD）是由HEXA基因突变导致β-半乳糖苷酶A（Hex-A）缺乏，引发GM2神经节苷脂在溶酶体中堆积，破坏溶酶体稳态并诱发神经退行性病变。当前研究主要依赖细胞模型（如患者成纤维细胞、iPSCs）和动物模型（自然发病的犬、羊及转基因小鼠），用于机制研究和治疗策略筛选。细胞模型成本低但无法模拟组织复杂性，而动物模型虽存在替代代谢途径（如小鼠神经氨酸酶降解GM2），但双敲除小鼠为解析神经氨酸酶作用提供了新工具。综述指出需整合多维度模型（如器官oid、三维组织）以优化临床转化。
迭戈·A·苏亚雷斯（Diego A. Suarez）|安德烈斯·费利佩·莱亚尔（Andrés Felipe Leal）|哈里·帕查霍亚（Harry Pachajoa）|苏珊娜·格拉纳多斯-维拉洛沃斯（Susana Granados-Villalobos）|安赫拉·霍亚娜·埃斯佩霍-莫希卡（Angela Johana Espejo-Mojica）|沃尔坎·塞兰特佩（Volkan Seyrantepe）|卡洛斯·哈维尔·阿尔梅西加-迪亚兹（Carlos Javier Alméciga-Díaz）
哥伦比亚波哥大110231，哈维里亚纳宗座大学（Pontificia Universidad Javeriana）理学院，先天性代谢错误研究所（Institute for the Study of Inborn Errors of Metabolism）
摘要
泰-萨克斯病（Tay-Sachs disease，TSD）是一种溶酶体贮积症，由HEXA基因的致病性变异引起，导致β-己糖胺酶A（Hex-A）活性降低。Hex-A功能的丧失会导致GM2神经节苷脂在溶酶体内积累，破坏溶酶体稳态并引发神经退行性病变，包括神经元死亡、髓鞘脱失、神经炎症、胶质细胞增生和小胶质细胞激活。目前对TSD病理生理学的理解以及治疗策略的开发和临床前评估在很大程度上依赖于各种细胞和动物模型。本文综述并批判性地讨论了主要的TSD实验模型及其应用。细胞模型包括从患者身上提取的皮肤成纤维细胞和诱导多能干细胞（iPSCs），这些模型在机制研究和治疗筛选中发挥了重要作用；然而，它们在再现组织水平复杂性方面的能力有限，因此需要更先进的系统，如类器官（organoids）和三维组织。动物模型包括狗、羊和鹿等物种中的自然发生病例，以及基因工程小鼠模型，包括单基因敲除和双基因敲除品系。由于小鼠可以通过神经胺酶介导的GM2降解部分克服Hex-A缺乏，双基因敲除模型对于解析神经胺酶在疾病中的作用至关重要。尽管没有模型能完全再现人类疾病的表型，但这些系统为临床前测试和将实验性疗法转化为临床试验奠定了坚实的基础。
引言
泰-萨克斯病（TSD）是一种先天性代谢错误，属于溶酶体贮积症（lysosomal storage disease，LSD），其特征是神经元溶酶体内神经节苷脂异常积累[1]。神经节苷脂是一类复杂的分子，其化学结构中含有神经酰胺和碳水化合物基团以及一个或多个唾液酸残基，在大脑中起着重要作用。中枢神经系统（CNS）中不同神经节苷脂的比例变化与帕金森病、亨廷顿病、肌萎缩侧索硬化症、多发性硬化症和遗传性痉挛性截瘫等神经退行性疾病有关[2][3]。已知神经节苷脂参与神经稳态的关键过程，包括髓鞘形成、神经元发生、轴突生长和神经元迁移[3]。
在正常情况下，神经节苷脂从细胞质膜转运到溶酶体，并通过一系列溶酶体水解酶逐步分解[2]（图1）。特别是GM2神经节苷脂通过β-己糖胺酶A（Hex-A，EC 3.2.1.52）催化的水解反应进行分解，该酶由α-和β-亚基组成的异二聚体构成，分别由进化相关的HEXA和HEXB基因编码（图2A）。这种酶通过去除GM2神经节苷脂末端的非还原性N-乙酰半乳糖胺（GalNAc）来生成GM3神经节苷脂，后者再由神经胺酶转化为乳糖酰神经酰胺（LacCer）[2]（图1，图2B）。
由于HEXA基因的致病性变异导致Hex-A功能障碍，从而使GM2神经节苷脂在溶酶体内积累[4]。GM2的积累破坏了溶酶体稳态，引发神经元死亡、髓鞘降解、神经炎症、胶质细胞增生和小胶质细胞激活等细胞过程。此外，有研究表明GM2可能释放到细胞质中，与多种细胞器相互作用并改变其功能[2]。由于溶酶体稳态失衡，几种LSD还表现出自噬功能障碍[5]。对TSD小鼠模型的自噬通量评估显示自噬过程受损，表现为参与自噬体生成和自噬体-溶酶体融合的蛋白质（如Atg7、LC3-II和p62）水平升高[6]。自噬通量的紊乱与线粒体功能障碍有关，可能是由于次级线粒体自噬阻断和氧化或硝化应激所致[7]。
该病的临床表现有三种临床类型，具体取决于剩余的酶活性，但都会导致进行性的神经功能恶化[3]：婴儿期发病最为常见，症状出现在生命的第一年内[2]，患者通常在五岁前死亡。尽管青少年型和成人型较为罕见，寿命较长，但仍会出现神经功能恶化，最终导致肌肉和技能丧失以及精神症状[25]（图3）。
目前尚无批准的TSD治疗方法。然而，通过基因治疗（GT）、酶替代疗法（ERT）、底物还原疗法（SRT）和药物辅助疗法（PCT）等多种方法取得了显著进展[8][9][10][11][12][13][14][15][16][17][18][19]。值得注意的是，有效治疗的开发需要合适的模型来进行疗效测试和疾病研究。近年来已建立或报道了多种能够模拟人类TSD病理生理学的模型[20][21][22][23]。本文总结了TSD的细胞和动物模型及其在研究疾病病理生理学和评估治疗策略中的应用。为此，我们进行了文献检索，查找描述TSD细胞和动物模型以及使用这些模型进行疗效评估的研究。检索工具包括PubMed、Scopus和Web of Science。纳入标准为2025年之前发表的研究文章，使用以下关键词：‘Tay-Sachs disease’、‘HEXA deficiency’、‘animal model’、‘cell model’、‘gene therapy’、‘substrate reduction therapy’、‘enzyme replacement therapy’和‘pharmacological chaperones’。通过布尔运算符组合这些关键词进行筛选。排除了描述治疗策略生成及其在模型上评估的文章，同时也排除了未经过临床前验证的临床试验文章。最终根据文章描述的模型类型或其与先前用于测试治疗策略的模型的关联对文献进行了筛选。
部分内容摘录
泰-萨克斯病的细胞模型
TSD的细胞模型包括从患者身上获取并通过分子和生化分析验证的皮肤成纤维细胞，以及从重新编程的皮肤成纤维细胞衍生的诱导多能干细胞（iPSCs）（表1）。这些模型为研究新的治疗方法（包括ERT、小分子和GT）提供了宝贵的工具[9][24][25]（表2）。
模拟人类泰-萨克斯病的动物模型
动物模型在阐明TSD等溶酶体贮积症的发病机制和测试治疗策略方面发挥了重要作用[37]。通过靶向破坏HEXA基因生成的小鼠模型提供了有价值的机制见解，但由于啮齿动物具有通过其他唾液酸酶途径将GM2转化为GA2的能力，因此无法完全再现人类神经病理学特征[38]（表3）。因此，自然发生的大型动物模型变得尤为重要
结论与展望
细胞模型是进行实验性疗法初步评估的重要平台。它们相对容易操作，并且可以使用标准设备维持，适合用于TSD研究。此外，这些模型有助于阐明控制TSD生理学的细胞和分子机制。尽管具有这些优势，但它们缺乏受TSD影响的器官和组织的复杂性，尤其是大脑和其他中枢神经系统组织。未来需要进一步发展类器官和三维组织模型
作者贡献声明
迭戈·A·苏亚雷斯（Diego A. Suarez）：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 初稿，概念构思。安德烈斯·费利佩·莱亚尔（Andrés Felipe Leal）：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 初稿。哈里·帕查霍亚（Harry Pachajoa）：撰写 – 初稿。苏珊娜·格拉纳多斯-维拉洛沃斯（Susana Granados-Villalobos）：撰写 – 初稿，资金获取，概念构思。沃尔坎·塞兰特佩（Volkan Seyrantepe）：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 初稿，概念构思。卡洛斯·哈维尔（Carlos Javier）：
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
迭戈·A·苏亚雷斯（DAS）获得了哈维里亚纳宗座大学（Pontificia Universidad Javeriana）的博士奖学金。安德烈斯·费利佩·莱亚尔（SGV）获得了托马斯·鲁埃达·瓦尔加斯基金会（Fundación Tomás Rueda Vargas）的本科奖学金（该奖学金由哈维里亚纳宗座大学提供支持）。安赫拉·霍亚娜·埃斯佩霍-莫希卡（AJEM）和卡洛斯·哈维尔·阿尔梅西加-迪亚兹（CJAD）得到了哈维里亚纳宗座大学（InvestigarPUJ）和先天性代谢错误研究所（Institute for the Study of Inborn Errors of Metabolism）的支持（资助编号：20646和120289301011ZZ）。阿方索·L·佩雷斯（A.F.L.）和赫尔曼·P·马丁内斯（H.P.）得到了伊塞西大学（Universidad Icesi）和瓦莱德利利基金会（Fundación Valle de Lili）的支持（合同编号：2025-ART-001）。
