《Nature Communications》：The patient-specific mouse model with Foxg1 frameshift mutation provides insights into the pathophysiology of FOXG1 syndrome
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FOXG1 綜合征（FS）由 FOXG1 單等位基因突變引發，機制未明。研究人員構建攜帶 Q84Pfs 雜合突變的患者特異性小鼠模型，發現突變產生的 N 端片段干擾 FOXG1 功能，導致皮層神經元遷移異常等。該模型為 FS 病理研究和治療提供新工具。
FOXG1 綜合征（FS）是一種罕見且嚴重的神經發育障礙，患者因 FOXG1 基因單等位突變導致嚴重智力障礙、腦結構異常（如小頭畸形、胼胝體發育不全）及自閉癥譜系行為等。然而，不同突變類型如何引發多樣病理表型尚不清楚，且現有全基因敲除小鼠模型無法模擬人類 FS 的雜合突變場景。因此，構建精準再現患者基因突變的動物模型，解析突變蛋白的致病機制，成為揭示 FS 病理生理學的關鍵科學問題。
美國紐約州立大學布法羅分校的研究人員開展了相關研究，他們利用 CRISPR/Cas9 技術構建了攜帶 FOXG1 基因 Q84Pfs 雜合突變（對應人類 Q86Pfs 突變）的小鼠模型（Q84Pfs-Het）。通過多維度分析，發現該模型在細胞、腦結構和行為水平上重現了 FS 的核心特征，為 FS 研究提供了重要突破。相關成果發表在《Nature Communications》。
研究主要采用了以下關鍵技術方法：
- 動物模型構建：利用 CRISPR/Cas9 基因編輯技術生成 Q84Pfs 突變小鼠，通過測序和免疫染色驗證突變等位基因表達。
- 組織學與免疫染色：采用 Nissl 染色、免疫熒光染色（如 FOXG1-N-Ab、FOXG1-C-Ab）分析腦結構和蛋白定位。
- RNA 測序（RNA-seq）：對 P1 小鼠皮層進行轉錄組分析，篩選差異表達基因（DEGs）并進行功能富集分析。
- 行為學檢測：通過開放場試驗、懸尾試驗、大理石埋藏試驗等評估運動功能和自閉癥樣行為。
- 細胞功能實驗：利用子宮內電穿孔技術在胚胎皮層中過表達 Q86Pfs，觀察神經元遷移和祖細胞命運變化。
研究結果
1. Q84Pfs-Het 小鼠重現 FS 腦結構異常
Nissl 染色顯示，成年 Q84Pfs-Het 小鼠腦重量減輕，胼胝體顯著縮短、海馬和齒狀回發育不良，類似人類 FS 患者的腦結構缺陷。純合突變小鼠（Q84Pfs-Homo）則因前腦組織嚴重缺失出生后死亡，表明雜合突變更適合模擬人類 FS 的病理場景。
2. Q84Pfs 片段的表達與功能機制
免疫染色證實，Q84Pfs-Het 小鼠皮層中表達 FOXG1-N 端片段（Q84Pfs 蛋白），其與全長 FOXG1（FOXG1-fl）相互作用并形成細胞內斑點，導致 FOXG1-fl 被隔離至特定亞細胞結構。在 HEK293T 細胞中，Q86Pfs（人類同源片段）與 FOXG1-fl 共定位形成核斑點，提示突變片段通過干擾 FOXG1 正常定位發揮顯性負效應。
3. Q86Pfs 抑制神經元遷移并維持放射狀膠質細胞（RGC）特性
子宮內電穿孔實驗表明，過表達 Q86Pfs 的胚胎皮層中，神經元遷移至皮質板（CP）的比例顯著減少，更多細胞滯留于中間區（IZ），同時 RGC 標記物 NESTIN 陽性的膠質纖維增多，表明 Q86Pfs 促進 RGC 自我更新并抑制神經元分化。BrdU 摻入實驗顯示，Q86Pfs-expressing 細胞增殖能力增強，進一步支持其對祖細胞命運的調控作用。
4. 轉錄組分析揭示 FS 相關分子通路
RNA-seq 顯示，Q84Pfs-Het 皮層中 222 個基因差異表達，包括上層投射神經元基因下調、深層神經元基因上調，以及 GABA 能中間神經元發育相關基因表達減少�；蚣患治觯℅SEA）顯示，差異基因富集于神經元投射發育、突觸囊泡運輸、少突膠質細胞譜系等通路，其中 30% 的 DEGs 為 FOXG1 直接結合靶點，提示 FOXG1 通過調控這些基因參與皮層發育。
5. 少突膠質細胞發育與髓鞘形成缺陷
P30 小鼠分析顯示，Q84Pfs-Het 皮層中 OLIG2+少突膠質細胞前體細胞（OPCs）數量增加，但髓鞘堿性蛋白（MBP+）陽性髓鞘區域減少，髓鞘結構復雜性降低，表明 FOXG1 突變導致少突膠質細胞分化障礙和髓鞘形成延遲，這與 FS 患者的 MRI 顯示的髓鞘化延遲一致。
6. 行為學表現與 FS 癥狀高度吻合
Q84Pfs-Het 小鼠隨年齡增長出現運動協調能力下降（懸尾試驗懸掛時間縮短）、焦慮樣行為（開放場中央停留時間減少）、重復梳理行為增加，部分個體出現長時間行為停滯（類似 FS 患者的運動障礙）。大理石埋藏試驗顯示其行為具有年齡依賴性異常，進一步支持該模型的臨床相關性。
研究結論與意義
本研究首次構建了精準模擬人類 FS 的患者特異性小鼠模型 Q84Pfs-Het，揭示了 FOXG1-N 端突變片段通過與全長蛋白互作、干擾其核定位和功能，導致皮層祖細胞異常維持、神經元遷移缺陷及突觸 - 髓鞘發育異常，最終引發 FS 的多系統病理表型。研究還發現 FS 的分子機制涉及 FOXG1 與 bHLH、ZBTB18、NF1 等轉錄因子的協同調控網絡，為理解 FS 的遺傳異質性提供了新視角。
該模型不僅為 FS 的病理機制研究提供了關鍵工具，也為開發靶向治療策略（如增強野生型 FOXG1 功能、干預突變蛋白 - 全長蛋白相互作用）奠定了基礎。此外，研究發現 FS 與亨廷頓�。℉D）在少突膠質細胞相關基因表達上的相似性，提示不同神經發育 / 退行性疾病可能共享部分分子通路，為跨疾病機制研究提供了新思路。
總之，這項工作通過整合遺傳學、分子生物學和行為學研究，系統闡釋了 FS 的致病機理，推動了該領域從基礎研究向臨床轉化的進程。
