Ift88-KO 基因敲除小鼠

IFT88，也称为intraflagellar transport 88，是一种重要的蛋白质，参与维持原纤毛的结构和功能。原纤毛是细胞表面的一种微管结构，在细胞信号传导和细胞极性中发挥着重要作用。IFT88是原纤毛形成和维持的关键蛋白之一，通过参与原纤毛内运输（IFT）过程，IFT88负责将蛋白质和信号分子运输到原纤毛的顶端，从而维持原纤毛的完整性和功能。IFT88的突变与多种疾病相关，包括骨骼发育异常、视网膜退行性疾病、肾脏疾病等。在骨骼发育方面，IFT88的缺失会导致牙齿发育异常、腭裂等骨骼发育异常。此外，IFT88的缺失还与视网膜退行性疾病、肾脏疾病、肺纤维化等疾病相关。在视网膜退行性疾病中，IFT88的突变会导致视网膜细胞功能障碍，最终导致视网膜退行性疾病的发生。在肾脏疾病中，IFT88的缺失会导致肾脏细胞功能障碍，最终导致肾脏疾病的发生。在肺纤维化中，IFT88的缺失会导致肺泡细胞功能障碍，最终导致肺纤维化的发生。因此，IFT88在维持原纤毛的结构和功能中发挥着重要作用，其突变与多种疾病相关。

在非综合征型唇裂或伴腭裂（NSCLP）的发生中，IFT88基因的变异可能起到重要作用。IFT88基因突变的小鼠表现出腭裂，并且在NSCLP患者中发现了IFT88基因的突变。为了研究IFT88单核苷酸基因变异（SNVs）与NSCLP的关系，研究人员对482个非西班牙裔白人家庭和301个西班牙裔NSCLP家庭的IFT88基因进行了基因分型。研究发现，IFT88基因的rs9509311和rs2497490与NSCLP在非西班牙裔白人家庭中存在显著相关性，而在西班牙裔家庭中未发现显著相关性。这表明IFT88基因的变异可能对NSCLP的风险有贡献，尤其是在非西班牙裔白人家庭中[1]。

在甲状腺癌中，IFT88基因的失活突变会导致原纤毛形成和线粒体氧化功能的缺陷。IFT88基因的失活突变会导致甲状腺癌细胞中基因表达模式的改变，倾向于糖酵解和脂质生物合成。然而，IFT88基因的失活突变并未促进甲状腺癌细胞的增殖、迁移和侵袭。这表明IFT88/原纤毛在甲状腺癌细胞的代谢重塑中发挥作用[2]。

IFT88基因在调节颅面发育中具有重要作用。通过全外显子测序，研究人员发现一个家族中的三个受影响的兄弟姐妹都存在IFT88基因的一个新的错义突变。为了评估IFT88在调节颅面发育中的作用，研究人员生成了Wnt1-Cre;Ift88fl/fl小鼠，以消除颅神经嵴（CNC）细胞中的Ift88。Wnt1-Cre;Ift88fl/fl小鼠在出生时死亡，因为它们存在严重的颅面缺陷，包括双侧唇裂和腭裂以及舌缺失。IFT88的缺失还导致颅神经嵴细胞在早期腭形成阶段增殖减少，以及腭间充质中Shh信号通路的下调。这些结果表明IFT88在颅面发育中具有重要作用，是颅面裂隙的候选基因[3]。

IFT88基因在颌骨发育中也发挥作用。颌骨是一个重要的器官，因为其先天性异常的发生率很高，并且在其进化过程中形态发生了显著变化。原纤毛在许多生物过程中发挥着重要作用，包括左右轴的确定、信号通路的调节以及骨和软骨的形成。原纤毛功能的紊乱会导致一系列人类疾病，称为ciliopathy。颅面畸形，包括颌骨畸形，在ciliopathy患者中常见。颌骨发育以软骨形成和骨形成为特征，然而原纤毛在颌骨发育中的作用尚不完全清楚。为了解决这个问题，研究人员生成了具有间充质缺失的ciliary蛋白Ift88（Ift88fl/fl;Wnt1Cre）的小鼠。Ift88fl/fl;Wnt1Cre小鼠表现出颌骨中异常的骨形成，而Ift88突变型颌骨略有缩短。Meckel软骨在Ift88fl/fl;Wnt1Cre小鼠中适度扩张。研究发现，Ift88突变型颌骨的间充质中Hh信号通路下调。然而，具有Hh信号通路活性必需分子Smo的间充质缺失的小鼠（Smofl/fl;Wnt1Cre）仅表现出颌骨中异常的骨形成，而Smo突变型颌骨显著缩短。这表明IFT88在颌骨发育中的软骨形成和骨形成中发挥作用，部分通过调节Sonic hedgehog（Shh）信号通路[4]。

转化生长因子β（TGF-β）抑制了ATDC5细胞中IFT88的表达。IFT88是一种原纤毛运输蛋白，对维持软骨细胞和软骨的稳定性至关重要。然而，IFT88如何受到与骨关节炎相关的细胞因子的调控尚不清楚。为了研究TGF-β对IFT88表达的影响，研究人员使用ATDC5细胞作为软骨细胞，分析了TGF-β对基因表达的影响。研究发现，TGF-β处理以剂量依赖性方式抑制了IFT88 mRNA的表达，从0.5 ng/mL的低浓度开始，并在约2 ng/mL时达到最低值。TGF-β处理还抑制了IFT88的蛋白水平。即使在细胞培养中加入转录抑制剂时，TGF-β对IFT88的抑制仍然存在，而在加入蛋白合成抑制剂环己酰亚胺时，TGF-β对IFT88的抑制减弱。这表明TGF-β通过转录后调控方式抑制IFT88 mRNA的稳定性。此外，TGF-β处理减少了cilia阳性细胞数量并抑制了cilia的平均长度。通过siRNA敲低IFT88表达，增强了TGF-β诱导的ATDC5细胞中II型胶原蛋白mRNA的表达，揭示了IFT88对TGF-β诱导的细胞外基质蛋白表达的抑制作用。这些数据表明，TGF-β至少部分通过转录后调控方式调节IFT88基因的表达[5]。

IFT88基因在特发性肺纤维化（IPF）中表现出异常的多原纤毛形成。研究人员之前发现了一种新型的IPF分子亚型，其特征是原纤毛相关基因、气道粘液基因MUC5B和KRT5标记的气道基底细胞祖细胞表达增加。在这项研究中，研究人员进一步证明了MUC5B和原纤毛基因表达在人类IPF气道上皮细胞中的相关性，为研究原纤毛基因在IPF发病机制中的作用提供了进一步的理由。研究人员发现，在IPF和博来霉素肺纤维化模型中，多原纤毛形成增加，运动原纤毛结构发生改变。重要的是，在Krt5基底细胞中条件性删除原纤毛基因IFT88（Ift88）可减少Krt5足的形成和肺纤维化，而在俱乐部细胞祖细胞中条件性删除IFT88时没有观察到变化。这些发现表明，Krt5细胞祖细胞中异常的损伤激活的原纤毛形成和Hh信号通路可能在Krt5足的形成中起因果作用，导致异常的多原纤毛形成和肺纤维化。这表明调节Krt5细胞祖细胞中的原纤毛基因表达是IPF的潜在治疗靶点[6]。

IFT88通过抑制凋亡限制上颌突起的骨形成。上颌骨的发育受到严格的分子调控，因为其结构复杂。原纤毛在颅面发育中发挥着重要作用，因为原纤毛的缺陷会导致一系列人类疾病，称为ciliopathy。原纤毛还被认为是调节骨形成的因素。然而，原纤毛在上颌骨发育中的作用尚不完全清楚。为了解决这个问题，研究人员使用Wnt1Cre小鼠（Ift88fl/fl;Wnt1Cre）生成了具有间充质缺失的IFT88小鼠。IFT88基因编码一种对原纤毛的功能和形成至关重要的蛋白质。研究表明，Ift88fl/fl;Wnt1Cre小鼠表现出腭裂。此外，研究人员还观察到Ift88突变型上颌突起中存在过量的骨形成。研究人员还发现，在Ift88突变型上颌突起的早期发育阶段存在异常的凋亡。为了研究凋亡与Ift88小鼠上颌表型的关系，研究人员生成了Ift88fl/fl;Wnt1Cre;p53-/-突变体，以减少凋亡。Ift88fl/fl;Wnt1Cre;p53-/-小鼠没有表现出过量的骨形成，这表明在野生型小鼠中，IFT88的存在通过抑制凋亡来限制上颌发育中的骨形成。另一方面，Ift88fl/fl;Wnt1Cre;p53-/-小鼠仍然存在腭裂，这表明过量的骨形成或异常的凋亡与Ift88突变小鼠的腭裂表型无关。因此，IFT88通过抑制凋亡来限制上颌突起的骨形成[7]。

内皮细胞特异性缺失IFT88促进了内皮-间充质转化并加剧了博来霉素诱导的肺纤维化。原纤毛运输蛋白88（Ift88）是原纤毛形成所必需的，在胚胎内皮细胞中，原纤毛的溶解与内皮-间充质转化（EndMT）在发育心脏中的发生相一致。EndMT也被认为是心脏和肺纤维化的基础，然而，内皮Ift88与其对EndMT的影响以及器官纤维化的机制尚未得到充分探索。研究人员在体外沉默了内皮细胞（ECs）中的Ift88，并在体内生成了内皮细胞特异性Ift88敲除小鼠（Ift88endo），以分别评估EndMT及其对器官纤维化的贡献。研究发现，Ift88沉默的内皮细胞表现出类似间充质细胞的改变。内皮标记物（CD31、Tie-2和VE-钙黏蛋白）的表达水平显著降低，同时间充质标记物（αSMA、N-钙黏蛋白和FSP-1）的表达水平增加。增加的EndMT与增加的促纤维化胶原蛋白I表达和Ift88沉默的ECs中的增殖增加相关。在体内，从Ift88endo小鼠的心脏和肺部分离的内皮细胞表现出内皮中Ift88表达缺失。Ift88endo小鼠出生时符合预期的孟德尔比例，在基线时没有观察到心脏表型异常。从Ift88endo小鼠的心脏和肺部分离的内皮细胞表现出EndMT的迹象，并且博来霉素处理加剧了Ift88endo小鼠的肺纤维化。压力过载应激（主动脉缩窄）没有在Ift88endo小鼠和控制小鼠之间发现心脏纤维化的显著差异。这些发现表明，内皮原纤毛与EndMT和细胞增殖之间存在新的关联，并且内皮原纤毛缺失导致EndMT增加，从而特异性地导致肺纤维化[8]。

IFT88基因突变在非综合征性隐性视网膜退行性变个体中被鉴定出来，导致异常的原纤毛形成。为了确定导致常染色体隐性遗传性视网膜退行性变（IRD）的变异，研究人员对高加索人家庭进行了全基因组测序（WGS）。通过对具有致病潜能的罕见变异进行分离分析，研究人员发现了一组与IRD相关的复合杂合突变p.Arg266*:c.796C>T和p.Ala568Thr:c.1702G>A在原纤毛运输蛋白-88（IFT88）基因中。通过在mIMDC3细胞中通过瞬时转染表达IFT88的p.Arg266*和p.Ala568Thr突变，以及在HeLa细胞中通过CRISPR-cas9系统引入突变，研究人员发现这两种突变都导致了异常的原纤毛结构的形成。将IFT88的p.Arg266*突变以纯合子状态引入HeLa细胞中，通过CRISPR-Cas9基因组编辑，发现突变转录本经历了无义介导的降解，导致IFT88转录本的显著减少。此外，在这些细胞中还观察到异常的原纤毛形成。这些观察结果表明，本研究中观察到的IFT88等位基因的独特组合为IFT88在人类中的生理作用提供了见解，并揭示了IRD家系中视网膜病理的潜在机制[9]。

IFT88基因在肾脏中的作用受到性别的影响。IFT88基因在肾脏生理、血压（BP）和随后的囊肿形成中的调节作用尚不完全清楚。这项研究调查了肾脏原纤毛缺失对肾脏生理、BP和随后囊肿形成的影响。研究人员使用Cre-LoxP策略，在2个月大的小鼠中诱导性地敲除了肾脏特异性的IFT88基因。在给予Doxycycline（DOX）2个月和9个月后，研究人员研究了BP、肾脏功能和肾脏病理。研究发现，与性别匹配的对照组相比，2个月大的雄性Ift88敲除（KO）小鼠的BP降低，盐诱导的钠排泄增加，尿液中硝酸盐和亚硝酸盐（NOx）排泄增加，肾脏NOS3水平增加，定位于外髓；雄性小鼠的BP降低可以通过L-NAME得到预防。9个月后，雄性Ift88 KO小鼠出现多囊肾、血压升高和尿液中NOx排泄减少。在2个月和9个月后，IFT88 KO小鼠和对照组小鼠之间血浆肾素浓度、血浆醛固酮、尿血管加压素或尿PGE2没有差异。这些发现表明，肾脏原纤毛缺失在雄性小鼠中（1）在囊肿形成之前降低BP，（2）增加NOx的产生，这可能解释了囊肿形成之前BP的降低，（3）导致多囊肾，与高血压和肾脏NO产生减少相关[10]。

综上所述，IFT88基因在维持原纤毛的结构和功能中发挥着重要作用，其突变与多种疾病相关，包括颅面发育异常、视网膜退行性疾病、甲状腺癌、肾脏疾病、肺纤维化等。IFT88基因的变异与NSCLP的发生相关，尤其是在非西班牙裔白人家庭中。此外，IFT88基因的失活突变在甲状腺癌细胞中导致原纤毛形成和线粒体氧化功能的缺陷，以及基因表达模式的改变。IFT88基因在颅面发育和颌骨发育中具有重要作用，其缺失会导致颅面裂隙和颌骨畸形。TGF-β抑制了ATDC5细胞中IFT88的表达，并通过转录后调控方式调节IFT88基因的表达。IFT88基因在特发性肺纤维化中表现出异常的多原纤毛形成，调节Krt5细胞祖细胞中的原纤毛基因表达可能是IPF的潜在治疗靶点。IFT88通过抑制凋亡来限制上颌突起的骨形成。内皮细胞特异性缺失IFT88促进了内皮-间充质转化并加剧了博来霉素诱导的肺纤维化。IFT88基因突变在非综合征性隐性视网膜退行性变个体中被鉴定出来，导致异常的原纤毛形成。IFT88基因在肾脏中的作用受到性别的影响，在雄性小鼠中，IFT88基因的缺失会导致BP降低，并在囊肿形成之前增加NOx的产生，而在囊肿形成后会导致多囊肾和高血压。这些研究结果表明，IFT88基因在维持原纤毛的结构和功能中发挥着重要作用，其突变与多种疾病相关，为疾病的治疗和预防提供了新的思路和策略。