《SCIENCE ADVANCES》：DLX2 acts as a pioneer factor and drives Msx1+ ectomesenchyme formation from embryonic stem cells
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本研究针对颅面外间充质祖细胞来源不清、分化机制不明的难题，通过筛选发现转录因子DLX2能高效诱导小鼠胚胎干细胞定向分化为Msx1+外间充质祖细胞。机制上，DLX2通过其同源结构域与核伴侣蛋白LAP2α及核小体结合，重塑染色质开放性，激活颅面发育基因网络。该研究首次揭示DLX2-LAP2α-nucleosome复合物作为先驱因子调控谱系定向的新机制，为颅面再生医学提供了细胞来源与理论依据。
在脊椎动物胚胎发育过程中，颅面部骨骼、缝线及结缔组织主要来源于外间充质（ectomesenchyme），这一特殊细胞群由颅神经嵴细胞（cranial neural crest cells, CNCCs）分化而来。然而，如何从多能干细胞高效、定向地诱导出具有功能的外间充质祖细胞，一直是发育生物学和再生医学领域的难点。传统的诱导方法虽能获得神经嵴干细胞，但其进一步向外间充质分化的效率低且缺乏特异性标志物，导致细胞身份不明确，限制了其在颅面修复中的应用。
为突破这一瓶颈，研究人员以小鼠胚胎干细胞（mESCs）为模型，结合Msx1:P2A-tdTomato报告基因系统，筛选调控外间充质分化的关键转录因子。研究发现，Distal-less同源框基因2（DLX2）能够显著促进Msx1+细胞的分化，并激活Barx1、Lhx8、Foxf1等颅面特异性标志基因的表达。通过单细胞RNA测序（scRNA-seq）分析，证实DLX2诱导的分化过程重现了体内颅神经嵴向外间充质的发育轨迹。
在机制层面，DLX2通过其同源结构域中一段38个氨基酸的肽段与核膜相关蛋白LAP2α结合，并进一步招募核小体成分，形成DLX2-LAP2α-nucleosome复合物。CUT&Tag染色质分析显示，该复合物能显著增加染色质开放区域（如H3K27ac信号），抑制异染色质标记（H3K9me3），从而激活下游颅面发育相关基因（如Dlx6、Msx2、Gata4、Hmga2）的表达。干扰DLX2与LAP2α的相互作用或敲低下游靶基因均会显著削弱外间充质分化能力。
功能实验表明，DLX2诱导的Msx1+细胞在体外具有较强的成骨、成软骨分化潜能，移植至小鼠肾脏包膜或下颌骨缺损区域后能有效形成骨软骨组织，促进颅面骨再生。此外，DLX家族成员DLX3和DLX5也表现出类似的分化诱导能力，提示该调控网络的保守性。
本研究首次将DLX2定义为外间充质分化的先驱因子，阐明了其通过LAP2α依赖的染色质重塑机制驱动谱系定向的分子通路。不仅为颅面发育提供了新的理论框架，也为干细胞定向分化及颅面畸形修复提供了潜在的细胞来源与靶点策略。
关键技术方法概述
研究利用转基因小鼠模型（Msx1P2A-tdTomato）追踪外间充质细胞；通过诱导性过表达系统筛选转录因子；采用流式细胞术分选Msx1+群体；结合RNA-seq、scRNA-seq和CUT&Tag多组学技术解析分化轨迹与染色质状态；通过体外成骨/成软骨分化、肾包膜移植及下颌骨缺损模型验证细胞功能。
研究结果
Msx1标记面部隆起中的外间充质
通过胚胎组织荧光成像与流式分析，发现Msx1-tdTomato报告基因在E10.5–E14.5小鼠面部隆起中特异性表达，且Msx1+细胞高表达Barx1、Lhx8等颅面标志基因，证实其作为外间充质祖细胞的特性。
Dlx2是驱动mESCs向Msx1+外间充质分化的关键因子
转录因子筛选显示，仅Dlx2过表达能显著提高Msx1+细胞比例并激活颅面基因网络。敲低Dlx2或破坏其与LAP2α相互作用均抑制分化，斑马鱼过表达模型进一步验证其颅面表型诱导能力。
Msx1+外间充质祖细胞具有强骨软骨分化潜能
RNA-seq与功能实验表明，Dlx2诱导的Msx1+细胞高表达骨骼发育相关基因，在体外及体内移植后均能形成成熟骨软骨组织，并促进下颌骨缺损修复。
Dlx2诱导的分化重现颅神经嵴至外间充质的发育轨迹
scRNA-seq与伪时间分析显示，分化过程经历ESC→神经管样细胞→神经嵴→外间充质→成骨/软骨祖细胞的连续阶段，与体内发育高度一致。
DLX2与LAP2α-nucleosome复合物共同调控染色质开放性
免疫共沉淀与结构预测揭示DLX2通过同源结构域与LAP2α及组蛋白直接互作，CUT&Tag证实其促进活性染色质标记富集，从而激活下游基因表达。
结论与意义
本研究系统阐明了DLX2作为先驱因子通过LAP2α依赖的染色质重塑机制驱动外间充质谱系定向分化的全过程，不仅深化了对颅面发育核心调控网络的认识，也为干细胞定向分化及颅面再生医学提供了新的理论依据与细胞工具。
