近日，美國《國家科學院院刊》（PNAS）刊發了中山大學中山眼科中心教授向孟清團隊最新成果。他們研究揭示了哺乳動物叉頭框蛋白N3（Foxn3）是視網膜纖毛發生關鍵的抑制轉錄因子。視網膜特異性敲除Foxn3會導致非感光細胞中纖毛基因的異位表達及纖毛發生異常，進而引發視覺功能障礙，為視網膜纖毛病的治療提供了潛在干預新靶點。
Foxn3調控視網膜纖毛生成的作用機制模型。研究團隊供圖
視網膜作為高度特化的感覺神經組織，由多種細胞構成，在視覺功能中各司其職。其中，視桿細胞和視錐細胞作為光感受器，擁有對光信號轉導至關重要的大型復雜感覺纖毛；非感光神經元則僅具備結構簡單的初級纖毛。纖毛相關基因突變會引發視網膜色素變性、感光細胞營養不良等多種視網膜疾病。不過，當前多數研究聚焦于感光細胞纖毛發生的調控，對非感光細胞的研究相對較少。
研究伊始，研究團隊構建了視網膜特異性Foxn3條件性敲除（Foxn3CKO）小鼠模型，并系統分析了該小鼠發育不同階段視網膜結構、視神經和視覺功能的變化。結果顯示，Foxn3CKO視網膜結構和視神經并無改變，視網膜電圖視功能檢測發現暗適應下的b波和振蕩電位有明顯變化，暗適應下的a波和明適應下的檢測則無顯著差異。進一步探究視網膜細胞命運的特化和分化，發現也無變化，這表明Foxn3不參與小鼠視網膜細胞命運的決定，而是參與其他視網膜光傳導結構的調控。
為深入解析Foxn3在視網膜中的功能，團隊在國家自然科學基金等項目的資助下，對Foxn3CKO和對照小鼠視網膜進行了scRNA-seq分析。結果顯示，Foxn3CKO視網膜中非感光神經元異常激活了大量纖毛相關基因。這些本應在感光細胞中表達的纖毛基因，在雙極細胞和無長突細胞中顯著上調，如同給信號傳導神經元錯誤裝配了感光細胞特有的“信號接收器”，可能導致視覺信號傳導異常。
進一步實驗表明，Foxn3敲除使視網膜雙極細胞和無長突細胞中Armc2、Dnah5等纖毛基因表達顯著上調2-100倍。此外，Foxn3CKO視網膜內核層出現大量異位纖毛，雙極細胞纖毛數量增加77倍，無長突細胞纖毛數量翻倍。這些異常纖毛與細胞標志物共定位，證實Foxn3缺失不僅引發纖毛基因異常表達，還導致非感光神經元出現病理性纖毛生成。
為揭示Foxn3調控視網膜纖毛發生的基因調控網絡，研究團隊應用ChIP、CUT&Tag和熒光素酶實驗等手段證實：Foxn3作為纖毛基因的轉錄抑制因子，維持視網膜細胞纖毛分化的二元格局。Rfx家族轉錄激活因子（尤其是Rfx3和Rfx7）促進感光細胞感覺纖毛的形成，而Foxn3在出生后及成年視網膜中特異表達于非感光神經元，通過雙重機制抑制纖毛發生：既直接抑制纖毛基因表達，又通過抑制Rfx基因和Foxj1間接阻斷纖毛形成通路。
Foxn3與Rfx轉錄因子還可能通過自調控網絡，精確平衡纖毛基因表達水平，確保感光細胞形成復雜的感覺纖毛，同時阻止非感光神經元產生異常纖毛結構。
相關論文信息：https://doi.org/10.1073/pnas.2500871122