Fgf4信号通路在早期胚胎发育过程中的作用

Fgf4信号通路在早期胚胎发育过程中的作用

邹敏江一平

邹敏江一平（福建医科大学基础医学院350004）

【中图分类号】R715.5【文献标识码】A【文章编号】1672-5085（2012）15-0017-02

囊胚的形成，内细胞团¬(innercellmass,ICM)及滋养外胚层（Trophectoderm,TE）的形成是胚胎的第一次分化事件，而第一次的细胞命运决定则是大约在32-细胞阶段才确定的。在囊胚形成的过程中参与细胞命运决定的可能转录因子有Fgf4（成纤维细胞生长因子4，FibroblastGrowthFactor4）、Fgfr2(FibroblastGrowthFactorreceptor2,成纤维细胞生长因子受体2)、Cdx2（caudalhomeoboxTranscriptionFactor2，尾型同源盒转录因子2）、Tead4(TEA域家族成员4，TEAdomainfamilymember4)、Sox2(SRY——sex-determiningregionYbox2)、Oct4(Octamer-4，OCT3/Pou5f1）等。本文主要综述FGF4信号通路有关的一系列因子在这一过程中的作用的研究进展。MurohashiM等人提出在早期胚胎FGF4信号通路中各因子相继产生作用，它们之间的可能的关系为FGF4-FGFR2-FRS2a（FGFR2的底物）-ERK(促分裂原激活的蛋白激酶)-Cdx2，而Fgf4的表达受到Sox2/Oct4的协调调控表达,因此可以改为Sox2/Oct4-FGF4-FGFR2-FRS2a-ERK-Cdx2.

1Oct4(Octamer-4，OCT3/Pou5f1）

Oct4是一个POU结构域转录因子，在囊胚，于内细胞团中强烈表达，为内细胞团的标志基因。Oct4突变的胚胎能够形成完整的滋养层上皮，并且具有诱导子宫蜕膜化的功能，即滋养层分化的启动及功能在Oct4缺失的胚胎的损伤较小。体外培养野生型、Oct4突变杂合子、Oct4突变纯合子囊胚发现所有的胚胎均能形成滋养层巨细胞但是仅仅野生型、杂合子囊胚能形成内细胞源性细胞，Oct4突变的纯合子却不能形成内细胞源性细胞而仅仅能形成滋养层巨细胞。由此说明Oct4是内细胞团形成所必须。同时Oct4也充当了阻止胚胎干细胞分化的“门卫”的角色，人为的抑制Oct4的活性，胚胎干细胞将向滋养外胚层细胞分化。

2Cdx2（caudalhomeoboxTranscriptionFactor2，尾型同源盒转录因子2）

对于小鼠来说，Cdx2和Oct4是一对相反的基因，Cdx2的表达必将会抑制Oct4的表达。然而对于其他物种这种关系却未必成立，本文综述的这些因子的作用若非另外说明均为针对小鼠的研究所得出。Cdx2在3.5dpc的胚在滋养外胚层中表达，而在内细胞中不表达。分析Cdx2（-/-）胚发现最初的极化的上皮样改变的启动是完整的，只是不能在晚期囊胚阶段保持。滋养外胚层的其他标志基因Eomes、Fgfr2仍然表达，但是Eomes的表达水平显著降低。Oct4和Nanog在Cdx2（-/-）囊胚的所有细胞中表达，正常情况下囊胚中这两个因子仅在内细胞团中表达。因此可以说Cdx2不仅是滋养外胚层维持所必须的，也是滋养层细胞中抑制Oct4细胞所必须的。

3Eomes（Eomesodermin）

Eomes是一个T盒基因——编码一个转录因子家族，该家族基因均有一个进化的保守DNA序列。在胚胎的发育过程中第一次的表达是在滋养层细胞中检测到。无法产出突变纯合子，形态学分析6.0到7.5dpcEomes突变的纯合子胚胎，胚胎被阻滞在植入后不久，可能是由于滋养层细胞的缺陷引起的。Eomes缺失后Cdx2、Fgfr2仍然表达，但是Cdx2(-/-)胚Eomes的表达显著减少。因此Eomes基因是Cdx2的潜在靶基因。

4Tead4(TEA域家族成员4，TEAdomainfamilymember4)

Tead4的表达在2-细胞阶段开始，在8-细胞到致密胚阶段达到高峰，在囊胚阶段下降。Tead4缺陷的胚胎会发育通过8-细胞及致密胚阶段而不能形成囊胚腔。在囊胚，Tead4普遍表达，Tead4（-/-）无法发育为囊胚。在Tead4（-/-）胚Cdx2在致密胚阶段检测到有微弱的表达，但是在之后的阶段却没有表达，Fgfr2仍然表达，Oct4、Nanog在所有的卵裂球均表达。因此Tead4是早期滋养外胚层发育特异性需要的转录因子，也是Cdx2表达所需的，可能为Cdx2的上游基因。

5Sox2(SRY—sex-determiningregionYbox2)

Sox2基因在胚胎发生的整个阶段表达，编码一类HMG（highmobilitygroup)盒蛋白，这些蛋白作为转录因子和染色质的结构组分而对细胞的命运进行调节。Sox2最重要的作用通过保持Oct4的水平保持ES细胞的多潜能性。当通过Sox2-siRNA处理胚胎时，胚胎被阻滞在了致密胚阶段，Fgfr2、Fgf4、Cdx2、Eomes、Tead4几乎不表达，但是Oct4、Nanog的表达不被影响。然而当用重组SoX2蛋白急救以后这些基因又正常表达，Sox2的缺失能够影响Tead4的表达，但是Tead4的缺失却不能影响Sox2的表达，因此，Sox2可能在Tead4的上游，调节植入前的胚胎的滋养层的形成。

6Fgf4（成纤维细胞生长因子4，FibroblastGrowthFactor4）

FGF4最初被认为是一种致癌基因。1991年，SchoorlemmerJ也发现K-fgf4在未分化的胚胎癌细胞和胚胎干细胞中的表达。他们指出K-fgf4可能是Oct4的靶基因，Oct4可以增强K-fgf4的表达。后来这一观点被进一步的证实，在Oct4突变的胚胎FGF4的表达被减少,在Fgf4的3′非编码区域有一个包括一个八聚体的增强子，该增强子在Oct4及Sox2联合作用下做出反应。

1994年DanielA.Rappolee等采用RT-PCR技术在1-cell胚胎中也发现了Fgf4的表达。FGF4多肽仅存在于ICM细胞，在滋养层细胞中不存在。外源FGF4可以使来源于ICM的细胞快速增殖。同年Saroshitanaka等推测FGF4可直接作用于滋养层干细胞，Cdx2和Eomes为其可能的候选下游基因,他们在相应的细胞中表达并被FGF4信号所调节。2003年GoldinSN1等人研究发现Fgf4(-/-)胚被阻滞在大约植入阶段。FGF4缺失的胚表现出明显的ICM增殖损伤。Fgf4(-/-)胚的表型与删除Fgfr2的外显子9相似。

7Fgfr2(FibroblastGrowthFactorreceptor2,成纤维细胞生长因子受体2)

使用细胞免疫化学检测FGFR2在早期胚的表达，FGFR2第一次被发现是在致密胚阶段，最初定位在外围卵裂球的细胞膜和外层细胞质，在致密胚继续发展会渐渐的在所有的外层细胞表达。在早期囊胚阶段Fgfr2表达于所有的滋养外胚层，但是却几乎不在ICM中表达。在早期囊胚Fgfr2出现在极滋养外胚层，在这里极滋养外胚层被ICM覆盖，ICM产生它的配体FGF4。Fgfr2(-/-)胚ICM和滋养外胚层看起来均显示正常，然而植入后不久，相对应的体外培养时间稍微延后的时候发现ICM停止增殖，胚胎死亡。FGFR2参加了一组基因（包括FGF4）的表达，这组基因丧失其功能后可能对胚胎造成致命的损伤。

综上我们可以得出以上讨论的这些与早期胚胎发育有关及可能有关的因子的关系：Sox2/Oct4-FGF4-FGFR2及Tead4-cdx2-Eomes。Sox2的缺失能够影响Tead4的表达，当滋养层干细胞因FGF4的缺失而分化时Eomes的表达也下调。很显然，这些因子除了以上的已经证实的关系以外还有这很多我们不知道的联系。在早期的胚胎Fgf4在1-cell就有表达，其可能受体FGFR2的表达在致密胚的时候也都已经检测到了，然而，Fgf4在植入前胚胎的作用却仍然未知。因此，关于早期胚胎的发育以及卵裂球命运的决定涉及到哪些因子以及这些因子具体产生的作用仍然是我们需要解决的问题。

参考文献

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