《Developmental Biology》：Canonical Wnt pathway modulation is required to correctly execute multiple independent cellular dynamic programs during cranial neural tube closure
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為解決 Wnt 信號通路在顱神經管閉合過程中的作用機制不明問題，研究人員以 Lrp6 和 APC 相關突變小鼠為對象開展研究。結果發現 Wnt 信號水平需精準調控，過高或過低都會致顱神經管閉合缺陷。該研究為理解相關疾病機制提供重要依據。
在生命的奇妙旅程中，胚胎發育是至關重要的一環。其中，顱神經管閉合更是關系到神經系統的正常形成，一旦出現缺陷，就會導致嚴重的人類結構性出生缺陷，這如同在大廈建造初期就出現了根基不穩的問題，后果不堪設想。目前，雖然已知有上百個基因參與顱神經管閉合過程，但大多數基因在顱組織重塑中的具體功能仍如同迷霧般未知。尤其是 Wnt 信號通路，它在顱神經管閉合中扮演著何種角色，一直是科研人員渴望揭開的謎團。一方面，Wnt 信號通路的異常會導致顱神經管閉合缺陷；另一方面，該通路在組織中的復雜性以及對多種細胞動力學的調控作用，使得其具體功能難以捉摸。為了驅散這些迷霧，北卡羅來納州立大學的研究人員開展了深入研究，相關成果發表在《Developmental Biology》上，為我們理解這一關鍵過程帶來了新的曙光。
研究人員運用了多種關鍵技術方法。首先是構建基因工程小鼠模型，利用條件性突變的 Lrp6fl和 Apctm1Tno小鼠，通過與特定的 Cre 轉基因小鼠交配，實現對 Wnt 信號通路的精準調控。其次是采用免疫染色技術，對胚胎進行全組織免疫染色和冰凍切片免疫染色，結合共聚焦顯微鏡成像，觀察細胞和組織的形態學變化以及相關蛋白的表達和定位。此外，還運用圖像分析和量化方法，對獲取的圖像進行細致分析，以獲取準確的數據。
研究結果主要通過以下幾個方面展開：
- Wnt 信號通路減少對顱神經管閉合的影響：研究人員利用 Sox2-Cre 和 Wnt1-Cre2 驅動的 Lrp6fl基因敲除小鼠，探究 Wnt 信號通路在顱神經管閉合過程中的時空需求。結果發現，全局敲除 Lrp6 導致 80% 的小鼠出現露腦畸形，但神經褶卻能正常升高；而在神經褶升高階段特異性敲除 Lrp6，小鼠并未出現顱神經管閉合缺陷。這表明 LRP6 功能對顱神經管閉合至關重要，但在神經褶升高階段的缺失并不足以導致露腦畸形。進一步研究發現，Lrp6 突變體在神經褶升高階段 Wnt 信號減弱，但未完全消除。在組織水平上，Lrp6 突變體的顱神經板寬度顯著增加，出現組織縮放缺陷，但細胞的頂端收縮、偽分層和平面極化等過程并未受到影響。深入探究其原因，發現是早期前神經組織在誘導完成后細胞增殖率大幅增加，導致顱褶增生，最終阻礙了顱神經管的閉合。
- Wnt 信號通路激活對顱神經管閉合的影響：研究人員使用 Wnt1-Cre2 驅動的 Apctm1Tno小鼠，條件性地使 APC 失活，從而激活 Wnt 信號通路。結果顯示，約 70% 的 Apc-cIN（APC 條件性失活）突變體出現露腦畸形，且神經褶升高存在嚴重缺陷，但未出現組織縮放缺陷。對其機制的研究發現，APC 失活導致細胞質和 / 或細胞核中 β- 連環蛋白積累，進而破壞了肌動蛋白的組織，抑制了頂端收縮，最終導致神經褶無法正常升高，顱神經管閉合失敗。
綜合上述研究，研究人員得出結論：Wnt 信號通路在顱神經管閉合過程中起著至關重要的雙重調控作用。在顱神經組織誘導后，需要有足夠的 Wnt 活性來限制早期前神經組織的細胞增殖，否則會導致組織過度增生，阻礙后期的閉合過程；而在神經褶升高階段，Wnt 活性必須受到限制，過度激活會導致頂端收縮缺陷，同樣無法實現正常的顱神經管閉合。
該研究成果意義重大。它不僅揭示了 Wnt 信號通路在顱神經管閉合過程中獨特的調控機制，為理解相關出生缺陷的發病機制提供了關鍵線索，還為未來開發針對此類疾病的診斷和治療方法奠定了堅實的理論基礎。同時，也為進一步研究其他信號通路在胚胎發育中的作用提供了重要的參考，推動了生命科學領域對胚胎發育機制的深入探索。
