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為探究未折疊蛋白反應（UPR）在腦發育中的作用，研究人員構建 Atf6α/β 雙條件敲除（dcKO）小鼠模型，發現 ATF6 缺失導致小鼠小頭畸形、新生死亡，伴隨神經發生受損、血管增生等表型，且化學伴侶 4-PBA 可部分挽救，為神經發育疾病機制提供新視角。
在生命的初始階段，大腦發育如同精密的交響樂，每一個音符的錯拍都可能引發深遠的影響。內質網（ER）作為細胞內蛋白質合成與加工的核心場所，其穩態失衡引發的未折疊蛋白反應（unfolded protein response, UPR）在神經發育中的角色長期籠罩在迷霧之中。已知 UPR 通過 PERK、IRE1、ATF6（激活轉錄因子 6）三大通路調控細胞應對 ER 應激，但 ATF6 分支在中樞神經系統（CNS）發育中的具體功能，尤其是其與神經元、膠質細胞及血管形成的交互作用，始終缺乏系統性解答。
為破解這一謎題，日本金澤大學（Kanazawa University）的研究團隊展開了深入探索。他們構建了 NESTIN 驅動的 Atf6α/Atf6β 雙條件敲除（double conditional knockout, dcKO）小鼠模型（Nes-Cre Atf6afl/flAtf6bfl/fl），聚焦 ATF6 缺失對胚胎腦發育的影響。研究成果發表于《iScience》，為理解神經發育異常的分子機制開辟了新路徑。
研究采用了多種關鍵技術：通過實時定量逆轉錄聚合酶鏈反應（RT-qPCR）和蛋白質免疫印跡（Western blot）驗證基因表達水平；利用免疫組織化學染色（如 SOX2、TBR2、TBR1 等標記）分析神經干細胞、祖細胞及神經元的分布與增殖；借助電子顯微鏡（EM）和 CD31/ERG 免疫染色觀察血管形態；通過 RNA 測序（RNA-seq）解析基因表達譜變化；并運用化學伴侶 4 - 苯基丁酸（4-PBA）進行體內挽救實驗。此外，通過吸吮行為測試、新生小鼠存活分析等功能學實驗，揭示表型與神經功能的關聯。
1. ATF6 缺失導致新生小鼠死亡與小頭畸形
dcKO 小鼠雖以孟德爾比例出生，卻在出生后 24 小時內死亡，胃內無乳斑且吸吮反射缺失，提示吸吮功能障礙是致死主因。解剖顯示，dcKO 小鼠胚胎期（E16.5）及新生期（P0.5）腦體積顯著小于對照組，呈現小頭畸形，而體重差異在新生期才顯現，暗示腦發育缺陷獨立于全身生長障礙。
2. 神經發生受損與細胞死亡增加
在胚胎 E14.5 階段，dcKO 小鼠大腦皮層厚度減少，神經干細胞（SOX2+）、中間祖細胞（TBR2+）及成熟神經元（TBR1+）數量均顯著降低。EdU 摻入實驗顯示細胞增殖減少，pHH3 染色證實有絲分裂活性降低，而 TUNEL 染色表明腦室周圍細胞凋亡增加。這表明 ATF6 缺失通過抑制增殖與促進凋亡雙重機制損傷神經發生。
3. 血管異常增生與 UPR 通路激活
電子顯微鏡及 CD31/ERG 免疫染色顯示，dcKO 小鼠 E14.5 大腦皮層、尾狀核等區域血管密度顯著增加，呈現 “高血管化” 表型。RT-qPCR 顯示血管內皮生長因子 A（VEGFA）及 PERK 下游基因 ATF4、CHOP（DDIT3）表達上調，而缺氧相關因子 HIF1α 無差異，提示血管增生由 UPR 通路而非缺氧驅動。值得注意的是，此時 ER 形態尚未出現明顯應激改變，但 UPR 通路已顯著激活，暗示 ATF6 缺失可能通過解除對 PERK/IRE1 的抑制引發早期反應。
4. 皮層分層紊亂與神經炎癥
新生期 dcKO 小鼠皮層上層標記物 CUX1+神經元減少且分布異常，下層 TBR1+神經元數量下降，提示神經元遷移缺陷。胼胝體發育異常，出現增粗或 Probst 束形成，伴隨 TAG-1+軸突軌跡紊亂。免疫染色顯示 IBA1+小膠質細胞 / 巨噬細胞在軸突異常區域聚集，表明神經炎癥與軸突導向缺陷相關。
5. 膠質細胞發育異常與蛋白穩態失衡
RNA-seq 分析顯示，dcKO 小鼠內質網分子伴侶（如 GRP78、CRT）表達下調，而 PERK/IRE1 下游基因（如 ATF3、ATF4、DDIT3）上調，REELIN 蛋白水平降低（mRNA 無差異），提示蛋白穩態（proteostasis）受損影響神經元遷移。膠質細胞標記物 GFAP（星形膠質細胞）、PDGFRα（少突膠質前體細胞）表達減少，膠質楔形區（GW）形成缺陷，SLIT2、DRAXIN 等軸突導向分子分泌不足，進一步解釋軸突投射異常。
6. 化學伴侶挽救實驗驗證 ATF6 功能
通過孕期給予 4-PBA（一種 ER 應激緩解劑），dcKO 小鼠腦重、皮層厚度及增殖細胞數量顯著恢復，軸突軌跡紊亂改善，但血管增生與炎癥未緩解。分子層面，4-PBA 降低 sXBP1（IRE1 下游）表達，而對 PERK 下游基因無顯著影響，提示 ATF6 通過協調 UPR 分支及蛋白穩態維持腦發育微環境。
結論與討論
本研究揭示 ATF6 缺失通過雙重機制破壞腦發育：一方面，下調內質網分子伴侶導致蛋白穩態失衡，影響 REELIN 等分泌蛋白的合成與分泌，進而干擾神經元遷移與皮層分層；另一方面，解除對 PERK/IRE1 通路的抑制，引發 VEGFA 介導的血管異常增生及神經炎癥，形成有害微環境�；瘜W伴侶的部分挽救效果提示，增強蛋白穩態或調控 UPR 通路可能成為神經發育疾病的潛在干預策略。
該研究不僅填補了 ATF6 在中樞神經發育中功能的空白，也為小頭畸形、皮質發育異常等疾病提供了新的病理機制線索。值得關注的是，UPR 通路與血管生成的關聯在哺乳動物胚胎腦發育中尚屬首次報道，為理解神經 - 血管互作開辟了新維度。未來研究可進一步探索 ATF6 與其他 UPR 分支的動態平衡，以及靶向干預的時間窗，為臨床轉化奠定基礎。
