斑马鱼foxi3基因在颌骨发育中的新角色及其与颅面微小型症的关联研究

本研究针对颅面微小型症(CFM)的致病机制，通过CRISPR-Cas9基因编辑技术构建斑马鱼foxi3a/foxi3b突变体，首次揭示该基因通过调控颅神经嵴细胞(CNCC)增殖与凋亡影响颌软骨发育的新功能，为FOXI3基因家族功能进化及CFM治疗靶点开发提供新视角。

　　

在胚胎发育的奇妙旅程中，颅神经嵴细胞(CNCC)如同建筑大师，精准塑造着面部轮廓。然而当这个过程中出现差错，就会导致颅面微小型症(CFM)——一种以下颌短小、耳廓畸形为特征的先天性疾病。近年来科学家发现，FOXI3基因突变与CFM发病密切相关，但对其作用机制仍知之甚少。更令人困惑的是，斑马鱼作为重要的发育生物学模型，其体内与FOXI3同源的foxi1基因已被证明主要影响第二鳃弓发育，而对形成下颌的第一鳃弓却无显著作用。这种"基因同源但功能异化"的现象，成为发育生物学领域亟待破解的谜题。

复旦大学附属眼耳鼻喉科医院的研究团队将目光投向斑马鱼foxi3a/foxi3b这对鲜少被关注的基因。通过前沿的单细胞转录组分析和基因编辑技术，他们首次揭示这两个基因在颌骨发育中的关键作用，相关成果发表在《Cells》杂志。研究团队运用Stereo-seq空间转录组技术分析基因时空表达谱，构建Tg(sox10:GFP)/Tg(col2a1a:mCherry)双转基因斑马鱼品系，采用CRISPR-Cas9制备基因突变体，结合BrdU细胞增殖检测和TUNEL细胞凋亡分析等关键技术，系统阐释了foxi3基因的发育调控机制。

研究首先通过单细胞转录组图谱绘制发现，foxi3a/foxi3b与小鼠Foxi3具有惊人相似的表达模式：均在表皮层高表达而在中胚层几乎不表达，且在10-96小时受精后(hpf)的鳃弓区域呈现动态变化。这种保守性暗示二者可能具有相似功能。

令人意外的是，基因突变体并未出现整体发育异常，却在特定阶段表现出显著缺陷。通过转基因荧光标记追踪发现，24-48 hpf时突变体的CNCC数量锐减40%-50%，72 hpf后下颌软骨（Meckel's软骨和腭方骨）发育迟缓，至120 hpf时长度较对照组缩短约30%。这种表型与CFM患者的小颌特征高度吻合。

深入机制研究发现，foxi3缺失导致CNCC在迁移期（24 hpf）就遭遇"双重打击"：增殖活性降低20%的同时凋亡率激增3倍。这种"细胞资源枯竭"直接导致后续软骨形成原料不足。特别值得注意的是，虽然foxi3基因本身不在CNCC中表达，却能远程调控其命运决定——这与小鼠Foxi3通过上皮-间质相互作用影响颌骨发育的机制不谋而合。

这项研究颠覆了传统认知：过去认为斑马鱼foxi1才是小鼠Foxi3的功能同源基因，但新证据表明命名更接近的foxi3a/foxi3b在颌骨发育中扮演着更保守的角色。该发现不仅为CFM的基因诊断提供新靶点，更揭示出脊椎动物颌部发育的深层调控规律——表皮源性信号对神经嵴细胞的"远程遥控"可能是跨物种保守的发育范式。未来研究可进一步探索foxi3下游效应分子，为先天性颌面畸形的早期干预开辟新途径。