人类葡萄糖转运蛋白1（GLUT1）基因在转基因小鼠模型中缓解GLUT1缺陷综合征的疾病负担

本研究针对GLUT1缺陷综合征（GLUT1DS）这一因SLC2A1基因单倍剂量不足导致的神经发育障碍，通过构建携带人类GLUT1基因座的转基因小鼠模型，证实转基因表达可显著提升脑组织GLUT1水平、改善脑脊液葡萄糖浓度，并有效缓解运动障碍和癫痫发作。该研究不仅为GLUT1DS的基因治疗提供直接证据，还发现内源性长链非编码RNA（lncRNA）SLC2A1-DT对GLUT1表达的调控作用，为开发新型治疗策略奠定基础。

　　

大脑作为人体的"耗能大户"，虽然仅占体重的2%，却消耗全身25%的能量供应，而这些能量主要来自葡萄糖。葡萄糖转运蛋白1（GLUT1）如同大脑的"能量闸门"，负责将葡萄糖从血液转运至脑组织。当这个关键转运蛋白出现故障时，就会导致一种名为GLUT1缺陷综合征（GLUT1DS）的罕见病。患者从婴儿期就开始遭受顽固性癫痫、运动障碍等折磨，目前唯一的治疗方法是生酮饮食——这种通过提供替代能量来源的方法虽然能缓解部分症状，却无法从根本上解决问题。

面对这一临床困境，哥伦比亚大学欧文医学中心（Columbia University Irving Medical Center）神经内科的Maoxue Tang团队开展了一项创新性研究。他们另辟蹊径，提出一个直击问题核心的治疗思路：既然疾病源于GLUT1不足，那么通过基因手段补充GLUT1是否能够治本？研究人员构建了携带完整人类GLUT1基因座（包含SLC2A1基因及其调控元件）的转基因小鼠，并将其与GLUT1缺陷模型小鼠杂交，系统评估了转基因表达对疾病表型的改善作用。

这项发表于《Neurobiology of Disease》的研究采用了多项关键技术：通过细菌人工染色体（BAC）技术获取包含全部10个外显子和43.5kb上游调控序列的人类GLUT1基因座；建立两种稳定遗传的转基因小鼠品系（2829和2857）；采用旋转棒测试评估运动功能；通过脑脊液穿刺测定葡萄糖和乳酸水平；运用脑电图（EEG）监测癫痫样放电；结合定量PCR和Western blot分析基因和蛋白表达；还创新性地使用Vectorette PCR技术定位转基因插入位点。

在结果部分，研究团队获得了系列重要发现：

2.1 人类GLUT1基因座减轻GLUT1DS模型小鼠的疾病负担

转基因表达显著改善了模型小鼠的运动协调能力，在旋转棒测试中表现与野生型相当。更关键的是，转基因成功纠正了GLUT1DS的标志性特征——脑脊液低葡萄糖（从40.2±1.7升至63.5±2.1 mg/dL），并使脑脊液乳酸水平恢复正常。EEG分析显示，转基因小鼠的棘慢波放电（SWD）频率显著降低，癫痫发作得到有效控制。

2.2 人类GLUT1转基因通过激活Slc2a1提高GLUT1水平

深入机制研究发现，转基因不仅表达人类GLUT1（达内源性小鼠Glut1的17-31%），还意外激活了内源性小鼠Slc2a1基因。通过分析缺失GLUT1编码区但保留SLC2A1-DT lncRNA的2833品系，证实这种"反式激活"效应源于转基因中的长链非编码RNA。Western blot显示总GLUT1蛋白水平显著提升，为表型改善提供了分子基础。

2.3 人类GLUT1表达未能挽救Glut1^-/-致死表型

虽然转基因能改善杂合突变体的症状，但在纯合缺失背景下，两种转基因品系均未能获得存活后代，提示完全替代内源性GLUT1需要更高表达水平。值得注意的是，2857品系因转基因插入Pappa基因导致该基因失活，意外创造了研究血糖调节与神经糖原缺乏症关系的独特模型。

在讨论部分，作者指出这项研究具有多重意义：首次在哺乳动物模型中证实人类GLUT1基因治疗GLUT1DS的可行性；发现SLC2A1-DT lncRNA对GLUT1表达的调控作用为开发RNA疗法提供新靶点；创建的转基因小鼠品系成为筛选GLUT1调节剂的理想平台。研究还提出了通过适度升高血糖来改善脑能量供应的创新思路，这为不耐受生酮饮食的患者提供了替代治疗可能。

这项由Maoxue Tang、Sasa Teng等完成的研究，不仅为GLUT1DS治疗带来希望，其揭示的GLUT1调控机制对阿尔茨海默病等脑能量代谢障碍疾病也具有重要参考价值。正如通讯作者Umrao R. Monani强调的："我们的工作证明，恢复GLUT1是治疗神经糖原缺乏症的根本之道，而这一策略很可能适用于更广泛的脑能量代谢疾病。"