Foxg1通过维持嗅上皮神经源性祖细胞潜能定义腹外侧区特性

《Genes to Cells》：Foxg1 Defines Ventrolateral Zonal Identity by Sustaining Neurogenic Progenitor Potential in the Olfactory Epithelium

本研究发现转录因子Foxg1通过细胞自主性机制维持胚胎期嗅上皮（OE）腹外侧区（V-zone）神经源性祖细胞的增殖和分化潜能。通过条件性基因敲除（Foxg1-cKO）和谱系追踪技术，研究证实Foxg1缺失会导致V-zone特异性萎缩，并促使Sox2+祖细胞向支持细胞（SUS）分化偏移。该研究揭示了区域特异性转录程序协调上皮生长与神经发生的新机制，为理解嗅觉图谱形成和感觉可塑性提供了重要见解。

　　

1 引言

哺乳动物嗅上皮（OE）具有独特的区域化结构，为嗅觉信息的拓扑处理提供基础。背内侧区（D-zone）主要表达I类和部分II类嗅觉受体（ORs），参与先天嗅觉行为；而腹外侧区（V-zone）富集II类ORs，与经验依赖性嗅觉可塑性相关。OE的细胞平衡由两种祖细胞维持：球状基底细胞（GBCs）作为发育期主要祖细胞，水平基底细胞（HBCs）则在损伤后被激活。

Foxg1转录因子从嗅基板形成早期开始表达，随后限制于V-zone。尽管组成性Foxg1敲除会导致OE发育不全，但其在祖细胞中的细胞自主性功能尚不明确。本研究通过诱导性基因敲除和克隆谱系分析，探究Foxg1在维持区域特异性祖细胞潜能中的作用。

2 结果

2.1 Foxg1在发育期嗅上皮V-zone祖细胞和神经元前体中选择性表达

免疫组化显示，Foxg1蛋白从E9.5开始表达于嗅基板，E10.5呈现梯度表达，E11.5后下调于背侧OE，并在V-zone持续表达至出生后。细胞类型共标显示，Foxg1与Sox2⁺GBCs、Neurog1⁺即时神经元前体（INPs）和HuC/D⁺未成熟嗅觉感觉神经元（OSNs）共定位，但与E15.5顶端的支持细胞（SUS）不重叠。

2.2 条件性敲除Foxg1破坏发育期嗅上皮V-zone扩张

利用Sox2^CreER/+; Foxg1^{flox-Flpe/LacZ}; R26R^{CAG-FRT-stop-FRT-EGFP/+}小鼠模型，在E9.5给予他莫昔芬（4-OHT）诱导敲除。P7时分析发现，Foxg1条件性敲除（cKO）小鼠在中段和尾侧水平的V-zone面积显著减少，而D-zone无变化。发育时间轴分析显示，E15.5开始出现上皮面积差异，但E14.5的神经元成熟标志OMP/HuC/D比例无差异，表明缺陷源于生长障碍而非发育延迟。

2.3 Foxg1缺失促进祖细胞向支持细胞命运分化

E15.5细胞命运分析显示，Foxg1-cKO的GFP⁺谱系细胞中神经元（Ctip2⁺）比例从74.8%降至19.0%，而支持细胞（Pax6⁺顶端细胞）比例从11.0%升至70.4%，表明Foxg1缺失导致神经源性向非神经源性命运转变。

2.4 Sox2克隆标记捕获祖细胞衍生的全谱系OE克隆

稀疏标记实验显示，E9.5标记的Sox2⁺祖细胞到E15.5可产生神经元克隆（35%）、支持细胞克隆（52%）及混合克隆。D-zone与V-zone的克隆组成和大小分布无显著差异，证实Sox2^CreER/+可全面捕获OE祖细胞谱系。

2.5 Foxg1以V-zone特异性方式维持神经源性祖细胞持续存在

克隆分析发现，Foxg1-cKO的V-zone大克隆（≥10细胞）比例显著降低（cHET:20.0% vs cKO:3.12%），且神经定向克隆减少（cHET:88.6% vs cKO:19.2%），支持细胞克隆增加。而异位至D-zone的Foxg1谱系细胞仍保持神经元命运，提示Foxg1依赖性命运调控具有区域特异性。

3 讨论

本研究阐明Foxg1通过维持V-zone神经源性祖细胞的增殖能力和抑制支持细胞分化，保障该区域的特异性生长。Foxg1可能通过调控Notch-Hes等信号通路平衡神经元/非神经元命运决定。异位D-zone的Foxg1谱系细胞获得当地特性，表明祖细胞具有区域可塑性。Foxg1依赖的V-zone神经源性维持机制，可能为经验依赖性嗅觉环路的可塑性提供细胞基础，反映了感觉系统进化适应性的发育机制。