Dbx2-flox 基因敲除小鼠

Dbx2，全称是developing brain homeobox 2，是一个在发育生物学和神经科学中具有重要作用的同源框基因。Dbx2编码一个同源结构域蛋白，这个同源结构域是一类在真核生物基因调控中扮演关键角色的DNA结合结构域。Dbx2的表达模式和时间调控着它在细胞发育和分化过程中的作用。在胚胎发育过程中，Dbx2的表达对于神经系统的形成至关重要。它参与神经元的分化，并可能在神经元的类型决定中发挥作用。

Dbx2基因在成年小鼠的脑中，特别是在侧脑室的室下区（SVZ）中，对于成年神经祖细胞的增殖具有抑制作用。SVZ是一个含有静息神经干细胞的地方，这些细胞可以激活并生成神经发生谱系，包括过渡扩增祖细胞（TAPs）、神经母细胞（NBs）和新生神经元。随着年龄的增长，这一过程显著减少。研究表明，随着年龄的增长，SVZ微环境会导致神经/干细胞祖细胞（NSPCs）的增殖池减少，进而影响成年神经发生。Dbx2基因在老年小鼠的SVZ中表达上调，并且可以抑制NSPC的培养生长。研究发现，Dbx2表达被表皮生长因子受体（EGFR）信号通路下调，EGFR信号通路促进NSPC的增殖，并在老年SVZ中减少。通过转染NSPC细胞系过表达Dbx2，研究发现Dbx2基因通过阻碍G2/M期转换来抑制NSPC的增殖。此外，通过RNA测序转染NSPCs，揭示了Dbx2调控的转录组网络，其中涉及细胞周期进展的分子通路下调。研究发现，Dbx2的功能与增殖性NSPCs（aNSCs、TAPs和早期NBs）的转录特征呈负相关。这些结果表明，Dbx2作为一个转录因子，将老年微环境的抗神经发生输入传递到NSPC的转录组中[1]。

Dbx2基因在四肢发育中也发挥着重要作用。在四足动物的四肢发育过程中，HOXA13和HOXD13转录因子对于手部最远端的自动足的形成和组织至关重要。Dbx2基因是这些因子的潜在靶点。研究发现，HOX13蛋白结合Dbx2位点附近的哺乳动物特异性序列，这些序列在发育中的指间具有增强子活性。然而，DBX2蛋白的功能失活并没有在指间引起与Hox基因失活相关的特定表型，这表明可能存在冗余或补偿机制。研究还发现，邻近的Nell2和Ano6基因也在远端肢体芽中表达，并且在一定程度上由相同的Dbx2增强子控制，尽管它们位于Dbx2位点两侧的两个不同的拓扑相关域（TADs）中。这表明，Hoxa13和Hoxd基因通过结合Dbx2位点附近的哺乳动物特异性调控序列，共同激活Dbx2的表达。此外，这些增强子可以克服TAD边界，从两个方向共同调控位于不同染色质区域的一组基因[2]。

Dbx2基因在胶质母细胞瘤（GBM）中也发挥着重要作用。GBM是最常见但致命的脑癌，预后不良。研究发现，Dbx2在GBM细胞系中表达上调。Dbx2表达下调后，GBM细胞的增殖受损。Dbx2表达水平与REST表达水平呈正相关。ChIP-qPCR结果显示，Dbx2直接结合REST基因的启动子区域。此外，Dbx2过表达引起的GBM细胞增殖增加可以通过REST功能丧失得到挽救。Dbx2通过结合REST基因的启动子区域并增加REST表达来促进GBM细胞的增殖[3]。

Dbx2基因还在肝细胞癌（HCC）细胞系中表现出肿瘤促进作用。HCC是全球第五大常见癌症。研究发现，与配对的非肿瘤组织相比，Dbx2在5个HCC细胞系和76个手术切除的HCC组织中过表达。Dbx2过表达与肿瘤体积较大相关。功能获得和功能丧失实验表明，Dbx2通过促进G1期向S期的过渡、减少凋亡和促进HCC细胞增殖、迁移和侵袭来促进HCC细胞增殖。机制上，Dbx2通过增强FTCH1和GLi1的表达来调节Shh信号通路。在过表达Dbx2的HCC细胞中，这些分子的表达增加，而在Dbx2敲低细胞中则相反。这些结果表明，Dbx2在HCC组织中显著上调，并通过激活Shh通路在HCC细胞的增殖和转移中发挥重要作用[4]。

Dbx2基因在星形胶质细胞的成熟中也发挥着重要作用。星形胶质细胞在脑内稳态中具有重要作用，但这些功能是在分化的后期建立的，而星形胶质细胞功能成熟的机制尚不清楚。研究发现，在体内，Dbx2在星形胶质细胞成熟过程中表达下调。体外培养的星形胶质细胞缺乏许多成熟星形胶质细胞特异性基因的表达，包括转录因子Rorb、Dbx2、Lhx2和Fezf2的基因。在体外强制表达这些因子会诱导一组成熟的星形胶质细胞特异性转录物。在含有FGF2的三维基质中培养星形胶质细胞会诱导Rorb、Dbx2和Lhx2的表达，并基于转录和染色质特征改善星形胶质细胞的成熟。因此，外部信号协调多个内在调节因子的表达，进而以模块化的方式诱导星形胶质细胞成熟背后的转录和染色质变化[5]。

Dbx2基因的表达在老年神经祖细胞中上调，并在神经发生的年龄相关衰退中发挥作用。成年神经发生随着年龄的增长而下降，这是由于神经干/祖细胞（NSPCs）的耗竭和功能受损。为了更好地理解导致年龄相关神经发生缺陷的潜在机制，研究人员比较了来源于年轻成年（3个月大）和老年（18个月大）小鼠室下区（SVZ）的NSPCs的转录组、组蛋白甲基化和DNA甲基化特征。研究发现，SVZ来源的NSPCs的转录组和表观基因组特征在老年细胞中基本保持不变。尽管存在整体相似性，但在数百个基因和调控元件中检测到显著的年龄依赖性变化，从而确定了神经发生衰退的潜在调节因子。在候选基因列表中，同源框基因Dbx2在体外和体内均上调，并且其启动子区域在老年NSPCs中具有改变的组蛋白和DNA甲基化水平。通过功能体外实验，研究显示，在年轻成年NSPCs中Dbx2表达的升高促进了与年龄相关的表型，包括NSPC培养增殖的减少以及与年龄相关的NSPC增殖和分化调节因子转录水平的改变。在老年NSPCs中耗尽Dbx2会导致相反的基因表达变化。这些结果提供了对小鼠NSPC衰老过程中受影响的分子程序的新见解，并揭示了Dbx2在促进与年龄相关的神经发生衰退中的新功能作用[6]。

Dbx2基因在胚胎中枢神经系统（CNS）中也表现出区域化表达。Dbx2和Dbx2是Dbx家族的两个基因，它们在结构组织上相似，但由不同的染色体编码。Dbx和Dbx2蛋白在其同源结构域的氨基酸序列中有85%的相同性，但除此之外没有显著相似性。对这两个基因在胚胎中的表达进行表征，表明它们在CNS的发育中发挥作用。在端脑中，Dbx在各种区域表达，而Dbx2表现出更受限制的表达模式。在中脑中，Dbx和Dbx2的表达区域沿着脑室背外侧壁重叠。在后脑和脊髓中，这两个基因都在基底板和翼板之间的边界表达，这似乎对应于界沟。Dbx/Dbx2基因的表达局限于胚胎CNS的室管膜区域，除了Dbx在端脑的隔膜中的表达。这些观察结果表明，Dbx家族成员可能在CNS的区域化中发挥作用。虽然Dbx的表达局限于CNS，但Dbx2也在一些间充质细胞中表达，如肢体芽和牙齿胚基[7]。

Dbx2基因在子宫内膜癌（EC）中的表达也与患者的预后相关。研究发现，Dbx2在肿瘤组织中表达下调。Dbx2通过调节凋亡信号通路和免疫通路在EC中发挥不良预后作用。Dbx2的低表达与淋巴结转移和FIGO分期相关。Dbx2在子宫内膜癌中下调，可以作为预测不良预后的生物标志物[8]。

Dbx2基因在非洲爪蟾的初级神经发生和早期神经板模式形成中也发挥着作用。Dbx同源结构域蛋白在脊椎动物中枢神经系统的发育中发挥着重要作用。研究发现，Dbx2在非洲爪蟾胚胎发育过程中的表达模式与XDbx1相似。从中期神经胚阶段开始，XDbx2在初级运动神经元和中间神经元之间的条纹中表达。在尾芽阶段，它在中脑神经管的中间区域被检测到。XDbx2在体外作为转录抑制因子，XDbx2的过表达抑制了非洲爪蟾胚胎的初级神经发生。XDbx基因的过表达抑制了XNkx6.2的表达，反之亦然。通过特异性形态素下调XDbx1、XDbx2或两者，导致XNkx6.2表达域的侧向扩展。这些数据揭示了Dbx在非洲爪蟾的初级神经发生和背腹神经模式形成中的保守作用[9]。

Dbx2基因的杂合性不足与智力障碍和生长迟缓有关。研究人员报道了一个10岁男孩，表现为中度智力障碍、运动技能受损、肌张力减退、生长迟缓、轻微异常、牙齿错位、胸骨凹陷、手脚小、乳头间距宽，并且在HSA12q12（chr12:44,830,147-45,964,945 bp, hg19）上有一个1.13 Mb的新发缺失，删除了ANO6、NELL2和DBX2以及假基因PLEKHA8P1和RACGAP1P。研究人员认为DBX2和NELL2是致病基因，并且它们的杂合性不足可能与患者的运动技能迟缓有关。DBX2编码一个同源框蛋白，在神经元发育过程中高度表达，并调节脑和脊髓中中间神经元的分化。NELL2在大多数中枢和外周神经系统中表达，在脑中的海马体和小脑中表达最高，在神经元分化过程中达到峰值。患者中的缺失是目前报道的最小的HSA12q12缺失，并且是四个先前报道的患者所携带的缺失的一部分。这些患者的临床表现指向了以下表现的复发，可能勾勒出12q12缺失综合征表型：中到重度发育/智力迟缓、肌张力减退、出生后的生长迟缓、骨骼和牙齿异常、轻微的面部异常，包括斜视、睑裂下斜和耳大/低位[10]。

综上所述，Dbx2基因在神经系统的发育和功能中发挥着重要作用。Dbx2的表达调控着神经祖细胞的增殖和分化，并在成年神经发生中发挥着关键作用。Dbx2基因的异常表达与多种神经系统疾病和癌症的发生发展相关。此外，Dbx2基因在四肢发育、星形胶质细胞成熟以及胚胎CNS的区域化中也发挥着重要作用。对Dbx2基因的深入研究有助于我们更好地理解神经系统的发育和功能，并为神经系统疾病和癌症的治疗提供新的思路和策略。