Hes1-KO 基因敲除小鼠

基因Hes1，全称为Hairy和增强子分裂1（Hairy and enhancer of split-1），是一种基本的螺旋-环-螺旋（bHLH）转录抑制因子，在多种细胞类型的分化过程中发挥关键作用。Hes1基因的突变会导致胚胎发育缺陷，如胰腺小、缺乏大脑、眼睛和胸腺。Hes1通过功能上与阳性bHLH基因（如神经元决定基因Mash1）相拮抗，维持细胞未分化状态或增殖状态，从而抑制细胞分化。相反，在没有Hes1的情况下，阳性bHLH基因的表达上调，细胞在没有足够细胞生长的情况下提前分化。因此，Hes1通过维持未分化细胞来调节组织形态发生[1]。在T细胞发育中，Hes1突变会导致早期T细胞前体的扩张缺陷，从而抑制T细胞命运的决定。因此，Hes1除了维持未分化状态外，还促进某些细胞类型的分化。有趣的是，Hes1的表达受到跨膜蛋白Notch的控制，Notch被邻近细胞表面的配体激活。这些结果表明，由细胞-细胞相互作用控制的Notch-Hes1通路在许多细胞类型的分化中发挥着重要作用[1]。

在胰腺肿瘤发生中，Hes1也发挥了重要作用。有研究表明，将KRAS(G12D)的内源性表达定向到小鼠胰腺的祖细胞中，生理水平的Kras(G12D)诱导了与人类胰腺上皮内瘤变（PanINs）相同的导管病变，这些PanINs是侵袭性胰腺癌的潜在前体。这些PanINs高度增殖，表现出组织学进展的证据，并激活了导管上皮中通常静止的信号通路，这表明PanINs可能是人类疾病的治疗和化学预防靶点。此外，这些病变在低频率下也自发进展为侵袭性和转移性腺癌，证实了PanINs是侵袭性疾病的明确前体。最后，具有PanINs的小鼠具有可识别的血清蛋白质组特征，这表明可能存在一种方法来检测患者的前侵袭状态[2]。

Hes1还与肝脏星状细胞（HSCs）的活化有关。研究发现，Notch1和Hes1在调节HSCs的活化中发挥重要作用，并且Hes1受到转化生长因子（TGF）/骨形态发生蛋白（BMP）信号通路的调节。在HSCs-T6细胞中，Notch1抑制了α-平滑肌肌动蛋白（α-SMA）、COL1α1和COL1α2的启动子活性。另一方面，Hes1增强了α-SMA和COL1α2的启动子活性，这种效应可以通过使用Hes1诱饵抑制Hes1功能来阻断。此外，共转染pcDNA3-CA-ALK3（BMP信号激活素受体样激酶3）和pcDNA3.1-NICD1进一步增加了HSCs-T6细胞中Hes1的表达，而pcDNA3-CA-ALK5（TGF-β信号激活素受体样激酶5）减少了NICD1对Hes1表达的影响。选择性中断Hes1功能或维持Hes1在合理水平上可以降低α-SMA和COL1α2的启动子活性，这些条件可能为肝纤维化的抗纤维化策略提供了一种方法[3]。

除了上述研究，Hes1在神经干细胞（NSCs）的调节中也发挥着重要作用。NSCs在胚胎脑中活跃地增殖并生成神经元和胶质细胞（活动状态），而在成年脑中大部分处于静止状态（静止状态）。Hes1在活动状态和静止状态的NSCs中的表达动力学不同。在活动状态的NSCs中，Hes1的表达振荡，并周期性地抑制神经发生基因（如Ascl1）的表达，从而驱动它们的振荡。相比之下，在静止状态的NSCs中，Hes1的振荡即使在低谷阶段（因此是连续的）也维持较高的表达水平，从而持续抑制神经发生基因的表达。高水平Hes1的表达和Ascl1表达的抑制促进了NSCs的静止状态，而Hes1振荡的表达和Ascl1表达的振荡调节了它们的活动状态。此外，在其他发育背景下，高水平、连续的Hes1表达诱导了星形胶质细胞分化或边界形成，这些边界功能作为信号中心。因此，Hes1的表达动力学是产生和维持神经系统各种细胞类型的关键调节机制[4]。

Hes1还与糖皮质激素受体依赖性基因表达有关。研究发现，Hes1是一种基本的螺旋-环-螺旋转录因子，是发育和器官发生的关键调节因子。然而，关于Hes1在出生后的作用知之甚少。糖皮质激素是主要的应激激素，对于生命至关重要，它们调节许多允许脊椎动物应对生理挑战的稳态过程。糖皮质激素的分子作用是通过糖皮质激素受体依赖性调节近25%的基因组来介导的。研究发现，Hes1和糖皮质激素受体之间存在着全基因组分子联系，控制着细胞和动物对压力的反应能力。糖皮质激素信号迅速而有力地沉默了Hes1的表达。这种糖皮质激素依赖性Hes1的抑制对于糖皮质激素受体调节其许多靶基因是必要的。在肝脏中条件性地敲除HES1的小鼠表现出糖皮质激素受体信号传导谱的扩张和异常的代谢表型。这些结果表明，HES1作为主抑制因子，其沉默对于适当的糖皮质激素信号传导是必要的[5]。

综上所述，基因Hes1在细胞分化、组织形态发生、肿瘤发生和神经干细胞调节中发挥着重要作用。Hes1的表达受到Notch、TGF/BMP信号通路和糖皮质激素受体等多种因素的调节。Hes1的研究有助于深入理解细胞分化和发育的调控机制，为疾病的治疗和预防提供新的思路和策略。