Cdx4-KO 基因敲除小鼠

CDX4，也称为Caudal homeobox transcription factor 4，是一种重要的转录因子，属于Caudal（CDX）基因家族。CDX基因家族在脊椎动物发育过程中扮演着关键角色，它们通过调控Hox基因的表达来影响胚胎的轴向发育和器官形成。CDX4在胚胎发育的多个阶段发挥作用，包括神经系统的形成、中胚层的分化、以及造血系统的发育等。

CDX4在神经系统的发育中起着重要作用。在鸡的脊髓中，CDX4通过调节神经前体细胞的成熟过程，控制着从高潜能状态向低潜能状态的逐步转变。CDX4的表达在神经管的尾部到头部方向上逐渐减少，这种表达模式与神经前体细胞逐渐失去多能性和获得分化状态的过程相一致。CDX4通过抑制早期神经分化标记物Nkx1.2的表达，并促进晚期神经分化标记物Pax6的表达，来调节神经前体细胞的成熟。此外，CDX4还通过阻止Ngn2的激活，防止Pax6依赖性神经分化的过早发生[3]。

在造血系统的发育中，CDX4也发挥着关键作用。研究表明，CDX4在早期中胚层中表达，对决定性造血内皮细胞的特异性调节至关重要。CDX4的表达与CD1d的表达密切相关，CD1d是一种非经典的MHC-1类受体，它标记了具有决定性造血潜能的中胚层细胞。在单细胞RNA测序（scRNAseq）分析中，CDX4高表达的细胞群体富含CD1d，而CD1d阳性的中胚层细胞是唯一含有CD34阳性、HOXA阳性、具有多系红-髓-淋巴潜能的造血内皮细胞的前体细胞。因此，CDX4和CD1d的表达在早期中胚层中标记了一个早期造血内皮细胞的前体细胞，这些发现对研究人类造血发育和改善再生医学应用的造血分化条件具有重要意义[1]。

CDX4还在其他发育过程中发挥作用。例如，在斑马鱼的后体中，CDX4调控神经嵴细胞的分化和迁移行为。CDX4在神经嵴细胞的前体中表达，直接结合神经嵴细胞特异性增强子，并调节关键神经嵴发育基因foxd3的表达。CDX4突变体显示出神经嵴细胞迁移的节段性模式受到破坏，这是由于正常的领导者/跟随者细胞动态丧失。这些结果表明，CDX4在斑马鱼胚胎的后体中作为一个早期的神经嵴细胞谱系基因发挥作用[2]。

CDX4还与视网膜酸（RA）信号通路相互作用，在神经板后部的区域划分中发挥作用。CDX4通过抑制RA降解酶Cyp26a1的表达，防止RA在预定脊髓区域中的降解，从而在前后轴上定位脊髓和脑干的过渡。在脑干中，RA信号通路通过激活Cyp26a1的表达和抑制cdx4的扩展来调节自身的浓度。因此，Cyp26a1和CDX4之间的相互作用调节RA水平，将后神经板分隔成脑干和脊髓区域[4]。

此外，CDX4在胚层中发挥重要作用。研究表明，CDX4在胚层中发挥作用，以定位胰腺并限制β细胞数量。CDX4缺陷的胚胎显示出胰腺、肝脏和小肠后移。CDX4在胚层中的作用可能通过阻止后胚层中的RA信号传导来实现，从而阻止胰腺的形成。这些结果表明，CDX4通过赋予胚层后部身份来发挥作用[5]。

CDX4的异常表达还与白血病的发生有关。研究表明，CDX4在急性红细胞白血病（AEL）患者中表达，并且CDX4的异常表达可以诱导小鼠发生可移植的急性红细胞白血病。CDX4的异常表达导致与干细胞特性和白血病发生相关的基因上调，以及Gata1和Gata2靶基因的下调，这些基因负责红细胞的分化。这些结果表明，CDX4能够诱导干细胞特性和抑制红细胞的终末分化，导致与共存突变相关的AEL的发生[6]。

CDX4是Wnt信号通路的直接靶点。研究表明，CDX4的启动子对Wnt信号通路有反应，并且在胚胎癌细胞和胚胎尾部芽中，LEF1和β-连环蛋白与CDX4启动子共定位。这些结果表明，CDX4与Cdx1相似，是Wnt通路的直接靶点[7]。

CDX4与Sall4转录因子形成一个调控模块，控制着从中胚层形成到胚胎造血的转变。CDX4和Sall4共同调节启动造血的基因，如Hox、scl和lmo2。CDX4和Sall4的基因敲除会损害红细胞生成，而过表达CDX4和Sall4的靶基因scl和lmo2可以挽救红细胞生成程序。这些发现表明，CDX4和Sall4的自身和交叉调节在胚层中建立一个稳定的分子回路，促进血液特异性程序的激活[8]。

CDX4的突变会影响轴向发育，并揭示了CDX基因在胎盘迷宫形成中的重要作用。CDX4缺失的胚胎出生时是健康的，外观上也正常。CDX4在轴向延长和模式形成中发挥着微妙的贡献，这在CDX1/CDX4和CDX2/CDX4复合突变体中得到了揭示。CDX4缺失的胚胎或CDX1/CDX4双重突变体在轴向延长方面没有受到影响，但当与CDX2突变体结合时，CDX4的冗余贡献才显现出来。此外，CDX4的失活与CDX2杂合性缺失相结合，导致胚胎在E10.5左右死亡，并揭示了CDX基因在胎盘形成中的新功能。CDX2/CDX4复合突变体中的一小部分，完全生长的尿囊未能与绒毛膜融合。其余的大多数突变体成功地进行绒毛膜-尿囊融合，但未能将其尿囊血管网络适当地扩展到绒毛膜外胚层中，并且没有发育出功能性胎盘迷宫。这些结果表明，CDX4在胎盘迷宫形成中发挥着至关重要的作用，特别是在CDX2基因失活的情况下[9]。

CDX4对小鼠的成年造血干细胞不是必需的，但它促进了MLL-AF9介导的白血病发生。在成年哺乳动物中，CDX4的缺失对成年造血的影响最小。虽然观察到白细胞计数增加，但在CDX4缺失的动物中，成熟血细胞、祖细胞或干细胞的分布没有显著差异。此外，在竞争性移植实验中，长期重建活性没有显著改变。在体外，B细胞祖细胞的克隆形成能力在CDX4缺失的动物中降低，但体内没有检测到成熟B细胞的显著变化。最后，在逆转录病毒转导/骨髓移植模型中，MLL-AF9诱导的急性髓细胞白血病在没有CDX4的情况下显著延迟。这些观察结果表明，CDX4对成年哺乳动物正常造血的建立和维护不是必需的，并且在MLL-AF9介导的白血病发生中发挥作用[10]。

综上所述，CDX4是一种重要的转录因子，在胚胎发育的多个阶段发挥着关键作用。CDX4在神经系统的形成、中胚层的分化、造血系统的发育以及其他发育过程中发挥着重要作用。CDX4的异常表达还与白血病的发生有关。此外，CDX4与Wnt信号通路和Sall4转录因子相互作用，共同调节胚胎发育和造血过程。CDX4的研究有助于深入理解CDX基因家族在脊椎动物发育中的功能和作用机制，为发育生物学和再生医学的研究提供重要的理论基础和实验依据。