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大鼠因其体积较大并且生理结构和行为表现更接近人类而广泛地应用于神经生物学及药物学研究中,但是到目前为止,利用同源重组技术(homologous recombination,HR)对大鼠胚胎干细胞(embryonic stem cells,ES细胞)进行基因打靶成功获得突变体的报道还十分有限。本研究利用大鼠ES细胞基因打靶技术与ACN(tACE-Cre-Neo self-excision cassette)自我切除元件结合,一次性获得了不含筛选基因neo残留的Hoxb8突变体。原位杂交和新生鼠骨骼染色实验可以确定,Hoxb8基因敲除后没有引起邻近基因表达异常,突变体骨骼发育正常。Hoxb8基因敲除大鼠的表型是由于Hoxb8功能丧失引起的。通过行为学实验分析发现,Hoxb8基因敲除大鼠对热等疼痛刺激不敏感;突变体后肢肌肉力量薄弱,姿势、运动异常,并伴有抽搐的症状,存在后肢肌张力障碍。利用尼氏体染色及免疫荧光染色技术,确定引起突变体对疼痛刺激不敏感的原因是脊髓背角感觉神经元发育及分布异常、痛觉投影区变窄。Hox基因作为细胞分化和胚胎发育的主控基因,在脊椎动物躯体前后轴建立及发育过程中起到决定性的作用。在这些Hox基因功能研究中,最令人意想不到的是Hoxb8突变体小鼠可以通过骨髓移植治愈强迫性拔毛的表型,直接将神经系统疾病与免疫系统联系起来。但是,目前并没有报道显示人的强迫症与Hoxb8突变相关,说明小鼠作为单一的模式动物并不能全面模拟人类疾病。而肌张力障碍(dystonia)普遍存在于许多与脑有关的自体免疫病(autoimmunity disease)中,如多发性硬化症、小舞蹈症等。这些因脑中抗原激活自体免疫引起的神经精神类疾病的发病机理和病理学特征十分复杂,症状重叠,因有血脑屏障(blood-brain barrier,BBB)的隔离,给研究和诊断都增加了很大的难度。长期以来,一直缺少有关自体免疫和神经精神类疾病的遗传突变模型。Hoxb8基因敲除大鼠模型的建立正好为这方面研究提供了良好的工具。本研究重点分析了导致Hoxb8基因敲除大鼠后肢肌张力障碍的原因。利用Q-PCR技术发现突变体中枢神经系统中几茶酚胺类神经递质多巴胺合成代谢异常,并且通过蛋白质免疫印迹杂交实验在突变体的血清中检测到与小鼠全脑蛋白互作的自身抗体(autoantibody),确定突变体体内自体免疫被激活,体外过表达可能引发自体免疫的候选基因,最终确定引起突变体自体免疫的抗原是脑中的多巴胺受体(dopamine receptor)。以上结果也可以通过药理学实验得到印证,即腹腔注射多巴胺合成前体左旋多巴(L-DOPA)及多巴胺受体拮抗剂氟哌啶醇(Haloperidol)可以有效缓解Hoxb8基因敲除大鼠后肢肌张力障碍,而注射多巴胺受体激动剂阿扑吗啡(Apomorphine)则会诱发突变体抽搐。多巴胺合成异常及多巴胺受体作为脑中抗原激活自体免疫均会导致Hoxb8-/-大鼠产生运动异常的神经精神类症状——后肢肌张力障碍,至于两者在产生表型过程中的相互关系及Hoxb8基因敲除后如何激活大鼠体内自体免疫的机制还需要进一步解析。综上所述,本研究利用传统基因打靶技术获得的Hoxb8基因敲除大鼠将脑中多巴胺受体作为抗原激活自体免疫,具有神经精神类病变特征,表现出后肢肌张力障碍,说明Hoxb8遗传突变大鼠模型将自体免疫和神经系统完美地结合起来,为解析两者的关系、探索发病机制及研发新的治疗方法提供一个新的工具。