Ifrd1-KO 基因敲除小鼠

Ifrd1，即干扰素相关发育调节因子1，是一种重要的转录共激活因子/共抑制因子，在多种细胞类型中发挥作用，包括骨吸收性破骨细胞。Ifrd1的表达在骨形成性成骨细胞中是关键的，它通过在成骨细胞中的表达介导了成骨细胞生成和破骨细胞生成的双重调节。Ifrd1的缺乏增强了成骨细胞分化和成熟，并增加了Runt相关转录因子2和Osterix的表达。共培养实验表明，Ifrd1缺乏的成骨细胞具有更高的骨保护素（OPG）表达和更低的支持破骨细胞生成的能力。这些发现表明，Ifrd1通过其在成骨细胞中的表达在骨稳态中发挥着关键作用，并且是骨病治疗的靶点[4]。

Ifrd1是一种应激诱导基因，最近被证明在成年组织增殖和再生中发挥着重要作用。在膀胱中，Ifrd1在稳态下表达，其丢失会改变膀胱的全局转录组，导致细胞器（包括多囊体、溶酶体和线粒体）的显著积累。Ifrd1与几种mRNA翻译调节因子相互作用，而Ifrd1缺陷小鼠的尿路上皮显示出全球翻译减少和内质网（ER）应激反应增强。Ifrd1缺陷膀胱激活了未折叠蛋白反应（UPR）途径，特别是PERK臂，并伴随氧化应激和尿路上皮细胞的自发脱落增加。此外，这种细胞脱落的增加与基底层细胞的补偿性增殖相关，但表面细胞的再生受损。最终，Ifrd1丢失的小鼠表现出异常排尿行为。因此，Ifrd1位于许多关键细胞通路的中心，这些通路共同维持尿路上皮稳态，突出了其在膀胱疾病诊断和治疗中的重要性[5]。

人类Ifrd1基因编码PC4蛋白，是发育调节基因家族的新成员。Ifrd1基因在染色体7q22-q31上定位。人类Ifrd1与大鼠Ifrd1（PC4）蛋白序列高度保守（90.2%的一致性）。Ifrd1蛋白与人类基因SKMc15编码的蛋白有47%的一致性，SKMc15最初从染色体3特异性文库中分离出来。因此，SKMc15是与Ifrd1相关的基因，是新的家族的第二成员。小鼠Ifrd1在中孕期特定分化的结构中表达更高，而小鼠SKMc15在原肠胚形成后不久和肝原基中高度表达，表明其在早期造血中的作用[6]。

Ifrd1基因多态性与囊性纤维化（CF）患者的鼻息肉（NP）发展有关。IFRD1基因被报道为CF肺病严重程度的可能修饰因子。分析了三个IFRD1单核苷酸多态性（SNP）以研究其对CF患者NP发展的影响。从143例CF患者的周围血样中纯化DNA（40例有NP，103例无NP）。通过限制性内切酶分析对IFRD1 SNP（rs7817、rs3807213、rs6968084）进行基因分型。常见多态性rs7817的T等位基因和rs7817-rs3807213单倍型与NP相关（p = 0.002和0.004，分别）。这些结果表明，IFRD1-rs7817多态性与CF患者NP相关[1]。

IFRD1是染色体7q22-q23上SMNA的候选基因。已建立了强有力的连锁证据，支持将常染色体显性感觉/运动神经病伴共济失调（SMNA）定位到染色体7q22-q32。SMNA是一种罕见的神经系统疾病，其表型包括中枢和周围神经系统。为了确定SMNA的基因，研究人员对该区域进行了全面的基因组评估，包括对重复扩张和小的缺失或重复的评估、候选基因的毛细管测序以及所有编码外显子的高通量测序。排除了重复扩张和小的缺失或重复作为病因，通过微阵列捕获和高通量短读测序，在人类干扰素相关发育调节因子基因1（IFRD1）中鉴定出一个非同义变异，作为导致疾病的候选基因。序列保守性、动物模型和蛋白质结构评估支持IFRD1在SMNA中的作用。需要对具有类似表型的其他患者进行IFRD1的突变分析，以证明其因果关系并进一步评估其在神经系统疾病中的重要性[2]。

Ifrd1是囊性纤维化肺病的修饰基因。肺病是囊性纤维化的主要发病和死亡原因，囊性纤维化是一种由CFTR基因突变引起的常染色体隐性遗传病。在囊性纤维化中，慢性感染和中性粒细胞炎症失调导致进行性气道破坏。囊性纤维化肺病的严重程度具有相当大的遗传性，独立于CFTR基因型。为了确定遗传修饰因子，研究人员在一组囊性纤维化患者中进行了全基因组单核苷酸多态性扫描，并在另一组独立的患者中重复验证了顶级候选基因。这种方法确定了Ifrd1是囊性纤维化肺病严重程度的修饰基因。Ifrd1是一种组蛋白脱乙酰酶依赖性转录共调节因子，在中性粒细胞终末分化过程中表达。Ifrd1缺陷小鼠的中性粒细胞表现出钝化的效应功能，与NF-κB p65转录激活减少相关。在体内，Ifrd1缺陷导致气道中细菌清除延迟，但也减少了炎症和疾病——这种表型主要依赖于造血细胞Ifrd1的表达或缺乏表达。在人类中，IFRD1多态性与中性粒细胞效应功能的变化显著相关。这些数据表明，Ifrd1通过调节中性粒细胞效应功能来调节囊性纤维化肺病的发病机制[3]。

Ifrd1基因多态性与中国人群的胃癌风险相关。本研究旨在调查IFRD1基因多态性与中国人群胃癌之间的关联。将53例连续诊断为胃癌的患者定义为病例组，另将50例健康供体定义为对照组。从每位捐赠者收集约4毫升外周血以提取DNA。最终，用聚合酶链反应检测IFRD1 rs7818、rs3807213和rs6968084 SNP。胃癌患者rs6968084和rs7817的C/C基因型分布频率与对照相似（OR 0.192，95% CI 0.513-2.769，P = 0.683和OR 2.075，95% CI 0.744-5.792，P = 0.16，分别）。胃癌患者rs3807213 C等位基因和rs3807213 C/C基因型的频率显著高于对照组。（OR 4.028，95% CI 1.513-10.72，P = 0.004）（OR 3.759，95% CI 1.521-9.294，P = 0.003）。这项研究表明，IFRD1 rs7818和rs6968084 SNP与胃癌易感性无关。rs3807213 SNP的C等位基因和C/C基因型与胃癌的易感性相关，但在所有三个SNP根据病理阶段进行亚组分层时，没有发现关系[7]。

转录调节因子Ifrd1在棕色脂肪细胞中控制PGC-1α的表达。交感神经调节激活经典棕色脂肪细胞的功能，这些细胞存在于棕色脂肪组织（BAT）中，以及诱导性棕色脂肪细胞（称为米色脂肪细胞），这些细胞间歇性地存在于白色脂肪组织（WAT）中。在这里，我们确定了转录调节因子干扰素相关发育调节因子1（Ifrd1）是棕色脂肪细胞中产热和线粒体基因表达的一个负调节因子。在体内，寒冷暴露和CL-316243（一种β3肾上腺素能激动剂）的给予显著诱导了Ifdr1的表达，但在 epididymal内脏WAT中未诱导Ifdr1的表达。在体外，肾上腺素刺激也以cAMP反应元件结合蛋白依赖性方式诱导了棕色脂肪细胞中的Ifdr1表达。CL-316243注射显著增加了Ifrd1基因敲除小鼠皮下WAT中的产热和线粒体基因表达，包括过氧化物酶体增殖物激活受体γ共激活因子1α（Pgc1a）的表达，与野生型小鼠相比。转录因子特异性蛋白1（Sp1）增强的Pgc1a启动子活性在共转化Ifrd1的棕色脂肪细胞中显著抑制，而加入组蛋白脱乙酰酶抑制剂曲古抑菌素A（TSA）时，这种抑制显著减轻。此外，肾上腺素刺激诱导了Ifrd1、Sp1和mSIN3B之间的复合物形成，mSIN3B是含有组蛋白脱乙酰酶的SIN复合物的成分。因此，这些发现表明，Ifrd1可能通过与Sp1和mSIN3复合物相互作用，成为交感神经调节棕色脂肪细胞产热和线粒体基因表达的负调节因子[8]。

转录调节因子Ifrd1是BMP-2依赖性成骨细胞生成的负调节因子。我们之前证明，转录共激活因子/共抑制因子干扰素相关发育调节因子1（Ifrd1）在成骨细胞中表达，并参与骨稳态的调节。然而，Ifrd1在成骨细胞中的表达是如何调节的尚不清楚。在本研究中，我们研究了Ifrd1在成骨细胞分化过程中的上游调节机制。在原代成骨细胞中，骨形态发生蛋白2（BMP-2）刺激显著上调Ifrd1蛋白表达和Runt相关转录因子2，即成骨细胞生成的主调节因子。此外，BMP-2刺激显著诱导了成骨细胞中Ifrd1 mRNA表达和启动子活性。LDN193189（一种激活素样激酶2/3抑制剂）几乎完全抑制了BMP-2诱导的Ifdr1蛋白表达的升高。在5'-侧翼区域至少有两个假定的Smad结合元件，小鼠和人类Ifdr1基因之间高度保守。Smad4和Smad1的共转化显著增加了成骨细胞中Ifrd1启动子活性。此外，BMP-2诱导Smad1在成骨细胞中被招募到Ifdr1启动子。此外，与Ifrd1敲低成骨细胞相比，BMP-2依赖性成骨细胞生成进一步增强了Alizarin红染色强度和标记基因表达。这些结果表明，BMP-2通过Smad途径在转录水平上直接诱导成骨细胞中Ifdr1的表达，而Ifrd1负调节BMP-2依赖性成骨细胞生成[9]。

转录调节因子Ifrd1通过增强NF-κB/NFATc1途径调节破骨细胞分化。骨稳态是通过骨吸收性破骨细胞和骨形成性成骨细胞的协同作用维持的。在这里，我们表明转录共激活因子/共抑制因子干扰素相关发育调节因子1（Ifrd1）在破骨细胞谱系中表达，是调节骨稳态的机制的一部分。Ifrd1表达在破骨细胞前体中被受体激活的核因子κB（NF-κB）配体（RANKL）通过激活蛋白1转录调节。小鼠Ifdr1的全局缺失增加了骨形成并减少了骨吸收，导致骨量更高。在破骨细胞前体中删除Ifrd1可防止RANKL诱导的骨丢失，尽管在正常生理条件下未观察到骨丢失。在体外，Ifrd1基因敲除骨髓巨噬细胞（BMMs）中RANKL依赖性破骨细胞生成受损。Ifrd1缺陷增加了BMMs中p65在K122和K123位点的乙酰化，通过抑制组蛋白脱乙酰酶依赖性去乙酰化。这抑制了NF-κB依赖性核因子激活T细胞，细胞质1（NFATc1）的转录，NFATc1是破骨细胞生成的一个必需调节因子。这些发现表明，Ifrd1/NF-κB/NFATc1轴在体内骨重塑中发挥着关键作用，是骨病治疗的靶点[10]。

综上所述，Ifrd1在多种生物学过程中发挥着重要作用，包括骨稳态、膀胱上皮稳态、神经疾病和癌症。Ifrd1的表达和功能受到多种因素的调节，包括BMP-2、RANKL和交感神经刺激。Ifrd1的基因多态性与多种疾病的风险相关，包括囊性纤维化、感觉/运动神经病伴共济失调和胃癌。Ifrd1的研究有助于深入理解其生物学功能和疾病发生机制，为疾病的治疗和预防提供新的思路和策略。