Fhod1-KO 基因敲除小鼠

FHOD1，即formin homology 2 domain-containing 1，是一种重要的细胞骨架调节蛋白，属于formin蛋白家族。Formin蛋白家族是一类在细胞骨架动态调节中发挥关键作用的蛋白质，主要功能是促进肌动蛋白丝的组装和调控。FHOD1蛋白含有formin同源结构域，该结构域负责与肌动蛋白结合，并促进肌动蛋白丝的成核和延伸。此外，FHOD1还包含一个自抑制结构域，该结构域在FHOD1处于非活性状态时抑制其与肌动蛋白的结合，从而调节FHOD1的活性。FHOD1的活性受到多种信号通路的调控，包括Rho激酶（ROCK）信号通路和ERK1/2信号通路等。在这些信号通路的调控下，FHOD1能够参与多种细胞过程，包括细胞迁移、细胞分裂、细胞极性和胚胎分化等。

在多种疾病中，FHOD1的表达和功能发生了改变。例如，在胃癌中，FHOD1的表达水平显著升高，并且与胃癌患者的总体生存率呈负相关。研究表明，FHOD1的敲低能够抑制胃癌细胞的增殖、集落形成和迁移侵袭能力，而FHOD1的过表达则能够促进胃癌细胞的集落形成和迁移侵袭能力。此外，FHOD1的表达与细胞外基质（ECM）的结构成分相关基因的表达水平相关，表明FHOD1可能在ECM的调节中发挥重要作用[1]。

在胶质瘤中，FHOD1的表达水平也显著升高，并且与胶质瘤患者的预后不良相关。研究发现，FHOD1的敲低能够抑制胶质瘤细胞的生长，并提高胶质瘤细胞对铁死亡的敏感性。机制研究表明，FHOD1通过靶向HSPB1信号通路来调节铁死亡。FHOD1的敲低能够上调HSPB1的表达，而HSPB1是铁死亡的一个负性调节因子。过表达HSPB1能够显著逆转FHOD1敲低介导的铁死亡敏感性降低[2]。

在高血压引起的血管中膜增厚（TMT）中，FHOD1的表达和磷酸化/活化水平均升高。研究发现，血管紧张素II（Ang-II）能够通过激活和上调FHOD1的表达来促进血管平滑肌细胞（VSMCs）的肌动蛋白丝形成和增生。活化的FHOD1介导的肌动蛋白丝组装和胶原-1α/胶原-3α的分泌在Ang-II诱导的VSMCs增生中发挥重要作用。此外，活化的FHOD1还能够显著上调RNF213的表达，而RNF213是一个591-kDa的细胞质E3泛素连接酶，其功能缺失突变是Moyamoya病的易感基因，该病在颅内和全身动脉中表现出显著的中膜变薄。机制研究表明，活化的FHOD1通过其C端介导的RNF213蛋白的稳定性上调，而不是通过其经典的降低G-肌动蛋白/F-肌动蛋白比例、转录和翻译的途径来上调RNF213的表达。FHOD1-RNF213信号通路显著促进了VSMCs中胶原-1α/胶原-3α的合成，从而在高血压引起的TMT发病机制中发挥重要作用[3]。

在细胞中，FHOD1的活性形式被招募到三种类型的肌动蛋白应力纤维中，包括背侧应力纤维、腹侧应力纤维和横纹。活化的FHOD1与肌球蛋白II的结合多于α-肌动蛋白，并且与原生和成熟的粘着斑相关。活化的FHOD1在腹侧应力纤维上的周转速度比肌动蛋白分子快。此外，活化的FHOD1从细胞周围出现，然后与横纹一起向中心移动。FHOD1的敲低导致肌动球蛋白束的成熟缺陷，从而导致非收缩性背侧应力纤维更长，而肌动蛋白和肌球蛋白II的周转速度保持正常。FHOD1的缺失导致肌动蛋白向中心流动减慢，从而导致细胞扩展和迁移缺陷。这些结果表明，FHOD1在时间和空间上控制功能性肌动蛋白应力纤维的形态和动力学方面发挥着重要作用[4]。

在心脏发育和功能中，FHOD1似乎是不必要的。研究发现，FHOD1在小鼠心脏中的表达水平低于检测限，并且FHOD1敲除小鼠没有表现出心脏外观和形态学上的缺陷，也没有上调应激条件下诱导的胎儿心脏基因的表达。此外，FHOD1的缺失没有引起其他formin表达的增加。因此，FHOD1似乎对于小鼠心脏的正常发育和功能是不必要的[5]。

FHOD1在哺乳动物卵母细胞的减数分裂中也发挥着重要作用。研究发现，FHOD1在卵母细胞的生发泡（GV）阶段主要位于核内，在GV破裂后，FHOD1主要位于纺锤体的两个极上，分别位于I期和II期中期阶段。通过siRNA注射敲低FHOD1的表达水平没有影响极体的排出，但产生了较大的极体。此外，观察到了I期中期卵母细胞中纺锤体迁移的失败，大量的减数分裂纺锤体锚定在细胞质中心。细胞质肌动蛋白的表达水平显著降低，而皮质肌动蛋白的表达水平没有显著降低，这表明FHOD1通过调节细胞质肌动蛋白的分布来调节纺锤体的运动。此外，研究发现，使用ROCK抑制剂Y-27632破坏ROCK的活性会导致FHOD1蛋白表达的降低。因此，这些数据表明，FHOD1在卵母细胞减数分裂过程中被ROCK调节，以调节细胞质肌动蛋白的组装和纺锤体的迁移[6]。

FHOD1还与nesprin-2G相互作用，介导TAN线形成和核运动。研究发现，FHOD1与nesprin-2G相互作用，并且FHOD1的沉默或nesprin-2G或FHOD1结合位点的片段表达能够破坏极化成纤维细胞中的核运动和中心体定向。意外的是，FHOD1表达的沉默并没有影响核定位所需的背侧肌动蛋白微丝的形成或向后流动。相反，N2G-FHOD1相互作用为TAN线形成和核运动提供了第二个连接到肌动蛋白微丝的连接点。这些结果表明，formin在将细胞器连接到肌动蛋白丝进行转运方面具有独特功能，并且TAN线需要多点附着到肌动蛋白微丝上，以抵抗移动核所需的巨大力量[7]。

FHOD1还调节平滑肌细胞表型。研究发现，FHOD1在主动脉平滑肌细胞中高度表达，并且在外源表达时能够强烈激活平滑肌细胞特异性基因表达。此外，使用RhoA激活剂sphingosine-1-phosphate处理平滑肌细胞能够增加FHOD1的磷酸化水平，而这种效应能够被ROCK抑制剂Y-27632完全阻止。磷酸化模拟突变能够增强FHOD1的活性，表明磷酸化干扰了FHOD1的自抑制。重要的是，平滑肌细胞中FHOD1的敲低能够强烈抑制sphingosine-1-phosphate依赖的平滑肌细胞分化标记基因表达和肌动蛋白聚合，这表明FHOD1在RhoA依赖的信号通路中发挥着重要作用[8]。

FHOD1在细胞上皮间质转化（EMT）中也发挥着重要作用。研究发现，FHOD1在EMT过程中显著上调，并且在人类组织中，FHOD1主要在间充质细胞中表达，而在上皮细胞中表达较少。然而，口腔鳞状细胞癌的标本在侵袭边缘的间充质转化细胞中表现出FHOD1的持续上调。这种上调在口腔鳞状细胞癌模型中得到证实，其中FHOD1的表达在PI3K信号通路依赖的方式下随着EMT而显著增加。在EMT细胞中，FHOD1参与了纺锤形形态和间充质F-肌动蛋白组织的形成。此外，功能实验表明，FHOD1参与了细胞迁移和侵袭。最后，FHOD1的耗竭减少了EMT癌细胞形成侵袭足和降解细胞外基质的能力。这些结果表明，FHOD1参与了EMT过程中的细胞骨架改变，并且在体内肿瘤细胞EMT过程中FHOD1的表达上调，这表明FHOD1可能参与肿瘤的进展[9]。

在心脏层状蛋白病中，FHOD1的磷酸化与信号传导和核定位的改变有关。研究发现，LMNA基因突变的鼠心肌细胞和升高的心脏ERK1/2活性导致核定位改变。在成纤维细胞中，ERK1/2激活通过磷酸化FHOD1的S498位点来负性调节核运动。表达一个不可磷酸化的FHOD1变体能够挽救表达心脏层状蛋白病引起的心肌病突变的成纤维细胞中的核运动缺陷。在LMNA突变引起的心肌病鼠的心脏中，ERK1/2介导了FHOD3的磷酸化，而FHOD3是心脏组织中高度表达的FHOD1的同种型。FHOD1和FHOD3的磷酸化抑制了它们的肌动蛋白束活性。这些结果表明，ERK1/2对FHOD蛋白的磷酸化是核定位的关键开关，可能在LMNA突变引起的心肌病的发病机制中发挥作用[10]。

综上所述，FHOD1是一种重要的细胞骨架调节蛋白，在多种细胞过程中发挥着重要作用。FHOD1的表达和功能在多种疾病中发生了改变，包括胃癌、胶质瘤、高血压引起的TMT、心脏层状蛋白病等。FHOD1的调节机制和功能研究有助于深入理解细胞骨架动态调节的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。