颅神经嵴细胞中SPECC1L缺失通过Hedgehog信号通路异常导致额鼻发育不良的机制研究

《Frontiers in Physiology》：Loss of SPECC1L in cranial neural crest cells results in increased hedgehog signaling and frontonasal dysplasia

本文推荐：本研究通过构建颅神经嵴细胞特异性敲除Specc1l基因的小鼠模型，首次揭示细胞骨架支架蛋白SPECC1L缺失会导致初级纤毛缩短和Hedgehog（Hh）信号通路异常激活，进而引发与人类SPECC1L相关综合征相似的前额骨缩短、鼻部缺陷及中面部发育不全等表型。该发现为理解颅面发育障碍的分子机制提供了新的动物模型和理论依据。

　　

引言

颅面发育是一个高度协调的过程，依赖于胚胎面部突起中祖细胞群体的精确生长、迁移和分化。颅神经嵴细胞（CNCCs）在这一过程中起核心作用，它们填充面部突起并产生大多数颅骨和额鼻结构。Hedgehog（Hh）信号通路在协调面部形态发生中扮演关键角色，而细胞骨架支架蛋白通过整合机械结构与细胞内信号来指导组织形成。其中，SPECC1L（具有钙调蛋白同源性和卷曲螺旋结构域的精子抗原1样蛋白）在组织肌动蛋白细胞骨架、微管和粘附连接方面具有重要作用。

材料与方法

研究人员通过CRISPR/Cas9技术构建了Specc1l条件性敲除小鼠模型，将loxP位点插入到Speccl1基因的第四外显子两侧。通过与Wnt1-Cre2品系杂交，实现在颅神经嵴细胞中特异性敲除Specc1l基因。采用微计算机断层扫描（microCT）分析颅骨形态，通过免疫荧光染色检测初级纤毛长度、GLI1表达和β-连环蛋白活性等指标。

结果

颅神经嵴细胞中Specc1l缺失导致额鼻发育不良

大多数Specc1l^ΔCNCC突变小鼠在出生后存活，并表现出与人类SPECC1L相关综合征相似的特征，包括宽鼻梁、短鼻和不对称的左弯鼻。约3%的突变新生鼠出现腭裂，这些表型表明Specc1l在CNCCs中的缺失可解释SPECC1L相关综合征中的多数颅面畸形。

微CT分析揭示前额骨减小和顶骨增大

对6-8周龄小鼠的微CT分析显示，Specc1l^ΔCNCC突变小鼠的前额骨长度显著减小，而顶骨长度增加。颅骨宽度在人字缝处显著增加，这与SPECC1L相关综合征的短头畸形特征一致。冠状缝形状变得更加"盒状"， frontal骨与parietal骨的比例显著改变，下颌骨体积相对减小。

Specc1l^ΔCNCC小鼠颅间充质中F-肌动蛋白增加和细胞增殖减少

在E13.5胚胎的颅间充质中，Specc1l表达显著降低，而F-肌动蛋白染色显著增加。细胞增殖标记物Ki-67阳性细胞比例降低，表明细胞增殖减少，这可能是导致颅间充质区域变窄的原因。

纤毛发生和Hedgehog信号通路改变

Specc1l^ΔCNCC突变小鼠在E13.5和E9.5均表现出初级纤毛长度缩短和GLI1表达增加，表明Hh信号通路活性增强。然而，β-连环蛋白活性在E13.5降低而在E9.5增加，提示在不同发育阶段存在差异性的Wnt信号通路调控。在E9.5的迁移性CNCCs中，粘附连接标记物E-钙粘蛋白和β-连环蛋白表达增加，表明细胞迁移受到影响。

讨论

Specc1l^ΔCNCC突变小鼠表现出与人类SPECC1L相关综合征相似的颅面特征，包括前额骨减小和人字缝处增宽。冠状缝形状的改变与Twist1单倍体不足小鼠相似，提示这两个基因在颅面发育中可能存在功能关联。SPECC1L缺失导致F-肌动蛋白增加，进而引起纤毛缩短和Hh信号通路异常激活，影响CNCCs的迁移和分化。这种信号通路紊乱导致前额骨和顶骨生长不平衡，最终导致额鼻发育不良。该研究为理解颅面发育障碍的分子机制提供了重要见解，并建立了研究CNCCs、初级纤毛和Hh信号通路在额鼻突起和中面部发育中作用的新动物模型。