Neurog3-KO 基因敲除小鼠

Neurog3，也称为Neurogenin3或Ngn3，是一种基本的螺旋-环-螺旋转录因子（TF），在哺乳动物的胰腺和肠道的内分泌细胞发育中发挥着关键作用。Neurog3的表达在胚胎发育过程中是短暂的，但它的功能对于胰腺内分泌细胞（如胰岛素分泌的β细胞）和肠道内分泌细胞（如肠内分泌细胞）的生成是必不可少的。缺乏Neurog3的突变小鼠无法形成胰腺胰岛细胞，导致糖尿病的发生。在人类中，NEUROG3基因的双等位基因突变会导致新生儿或儿童糖尿病。

尽管Neurog3在胰岛细胞发育中的重要性已被广泛认识，但其精确的功能和下游基因调控程序仍然不清楚。为了揭示Neurog3的直接靶基因，研究人员使用CUT&RUN技术分析了人类诱导多能干细胞（hiPSC）衍生的内分泌祖细胞中的Neurog3结合位点。研究发现，Neurog3在胰腺内分泌祖细胞（PEP）中的结合位点广泛，涵盖了1263个独特的基因，包括胰岛素分泌相关的基因（如GCK, ABCC8/KCNJ11, CACNA1A, CHGA, SCG2, SLC30A8, PCSK1）。此外，Neurog3还与多种转录因子基因结合，这些基因在胰岛细胞发育或功能中发挥着重要作用，例如NEUROD1, PAX4, NKX2-2, SOX4, MLXIPL, LMX1B, RFX3和Neurog3自身。这些发现表明，Neurog3的表达不仅促进了未分化胰腺祖细胞向胰岛命运的转化，而且还可能启动了β细胞功能所需的内分泌程序[1]。

Neurog3的基因剂量在肠道内分泌祖细胞的命运决定中也起着重要作用。减少Neurog3基因剂量导致小鼠肠道内分泌细胞（EECs）的减少和杯状细胞的增加。RNA测序分析表明，Neurog3基因剂量效应导致肠道内分泌细胞命运的改变，高Neurog3基因剂量促进了肠道内分泌细胞谱系的分化，而抑制了杯状细胞谱系的潜能[2]。

为了进一步了解肠道内分泌细胞分化过程中的转录变化，研究人员使用了一种新的Neurog3敲入等位基因，该等位基因在肠道内分泌分化的起始阶段短暂表达。通过单细胞RNA测序，他们发现了一个明确的肠道内分泌细胞分化和其亚谱系的层次结构，并揭示了亚谱系之间的不同动力学和时间依赖性激素可塑性。此外，他们还预测并验证了多个新的肠道内分泌调节因子，这些发现为肠道内分泌分化的研究提供了丰富的资源[3]。

在胰腺发育过程中，Neurog3的基因剂量调节了内分泌和外分泌细胞命运的选择。降低Neurog3的表达水平导致胰腺内分泌胰岛细胞的总体产生减少，而不显著影响形成的胰岛细胞类型的比例。此外，Neurog3的表达水平对于从多能胰腺祖细胞中选择胰岛细胞命运至关重要[4]。

在胰腺内分泌祖细胞微环境中，Neurog3的基因剂量与上皮形态发生和细胞命运之间存在着联系。研究发现，Neurog3的表达与上皮细胞的形态变化和细胞命运选择有关，包括细胞顶端表面的变窄、细胞基底的移动以及最终细胞后部与顶端腔面的分离，以允许在基底膜下聚集成新生胰岛。Neurog3的基因剂量与Notch信号通路协同作用，调节了上皮细胞形态发生和细胞命运的选择[5]。

在人类中，NEUROG3基因的双等位基因功能缺失突变会导致一种罕见的疾病，表现为新生儿期的一般性吸收不良，随后在儿童早期或之后发展为胰岛素依赖性糖尿病。然而，与小鼠不同，人类胰腺内分泌细胞的生成并不完全依赖于NEUROG3的表达。这表明，在人类胰腺中存在着未知的冗余途径，能够在儿童早期维持足够的β细胞质量以维持血糖水平[6]。

此外，NEUROG3基因的双等位基因致病性变异会导致吸收不良性腹泻、胰岛素依赖性糖尿病和罕见的低促性腺激素性性腺功能减退症。除了吸收不良性腹泻和胰岛素依赖性糖尿病外，患者还表现出垂体腺发育不全和多垂体激素缺乏，以及近端肾小管病变。这些发现表明，NEUROG3基因突变导致的疾病具有广泛的临床表型[7]。

在胰腺发育过程中，Neurog3的表达与α和β细胞命运的分化有关。研究发现，Neurog3与Myt1共表达的细胞倾向于分化为β细胞，而不与Myt1共表达的细胞则倾向于分化为α细胞。此外，Neurog3的表达与Arx基因启动子区域的甲基化状态有关，而Arx基因是α细胞命运促进基因。这些发现表明，Neurog3的表达和DNA甲基化状态共同决定了胰腺祖细胞的命运[8]。

总之，Neurog3在胰腺和肠道的内分泌细胞发育中发挥着关键作用。Neurog3的表达和基因剂量调节了内分泌和外分泌细胞命运的选择，并且与上皮形态发生和细胞命运之间存在着密切的联系。此外，Neurog3还与多种转录因子基因结合，共同调节了胰岛细胞和肠道内分泌细胞的分化。对Neurog3的研究有助于深入理解胰腺和肠道内分泌细胞发育的机制，并为相关疾病的治疗和预防提供新的思路和策略。