【每周一鼠】秃如其来的小鼠——Fgf20基因敲除小鼠

Fgf20基因

Fgf20编码的蛋白质是成纤维细胞生长因子家族的成员。成纤维细胞生长因子一般都具有促有丝分裂和促进细胞存活的能力，除此之外，Fgf20还参与多种生物过程，包括胚胎发育、细胞生长、形态转变、组织修复以及肿瘤生长和侵袭。该基因的产物是一种分泌性神经营养因子，但缺乏典型的信号肽结构域。FGF20蛋白在大脑中正常表达，尤其在小脑中有相对较高的表达，并且具有调节中枢神经系统发育的功能。这种蛋白的二聚化复合体有调节其受体结合活性以及调节受体在细胞外基质中的浓度的功能。此外，该基因的变异与帕金森病易感性有关^[1]。

图1. FGF20蛋白结构预测模型[2]

研究结果显示，与FGF20相关的疾病包括肾发育不良（Renal Hypodysplasia）或肾发育不全（Aplasia）以及双侧肾发育不完整。与FGF20相关的通路包括PI3K/AKT通路的激活和P70s6K信号传导途径。与该基因相关的GO注释包括生长因子活性以及与成纤维细胞生长因子受体的结合。该基因的一个重要旁系同源基因是FGF9^[3]。

Fgf20基因敲除小鼠

Fgf20基因敲除的纯合小鼠表现出耳蜗部分分化受损和耳聋的表型，但前庭功能并不丧失^[4]。研究人员发现，在胚胎发生过程中，Fgf20会在不同的发育阶段诱导出不同类型的毛囊。小鼠的毛发分为四种类型，针毛的毛囊是最先形成的，然后是锥毛、弯毛和曲毛。

为了确定FGF20在毛囊形成过程中的功能，研究人员检查了成年 Fgf20^βGal/βGal小鼠背部皮肤生长出来的毛发。实验结果显示，在四种不同形态的毛发中，Fgf20^βGal/βGal小鼠的针毛缺失（图2A），而锥毛、弯毛和曲毛很容易被识别并显示出正常的形态（图2B）。

为了进一步确定Fgf20的缺乏是否影响其他种类毛发的生长发育，研究人员采样并统计了3周龄的Fgf20^βGal/+小鼠和Fgf20^βGal/βGal小鼠的毛发数量。统计的结果显示，在杂合子的Fgf20^βGal/+小鼠中，针毛占总数的2.2%±1.1%。在纯合的Fgf20^βGal/βGal小鼠中，未检测到针毛（图2C）。有趣的是，在Fgf20^βGal/+小鼠中锥毛和弯毛的百分比分别为9.2%±2.2%和9.5%±3.1%而在Fgf20^βGal/βGal中锥毛和弯毛的百分比分别显着降低到1.8%±1.9%以及2.8%±1.7% （分别为 P<0.002 和 P<0.009，n = 4）（图2C）。因此，Fgf20 是小鼠初级和大部分次级毛囊形成所必需的^[5]。

图2. Fgf20 的缺失导致针毛发育不全。(A) 4周龄小鼠背部毛发的图像，如图所示，Fgf20 ^βGal/+小鼠（箭头，左）的背部皮肤长出针毛毛干，但Fgf20^βGal/βGal小鼠（右）的背部毛发中没有发现针毛毛干的结构。(B)Fgf20^βGal/+（左）和Fgf20^βGal/βGal（右）小鼠背部皮肤毛发的图像。(C)3周龄小鼠毛发类型的量化统计分析。Fgf20^βGal/βGal小鼠的针毛完全丧失，而锥毛和弯毛的比例显著减少。

研究人员发现，在初级毛囊基板形成之前(E13.5)，Fgf20^βGal/βGal胚胎皮肤与Fgf20^βGal/+胚胎皮肤在组织学上并没有明显差异（数据未显示）。在E14.5时，扫描电镜结果分析表明Fgf20^βGal/βGal胚胎中不存在初级毛囊原基（图3D），但在 Fgf20^βGal/+和Fgf20^βGal/βGal胚胎中都发现了明显的上皮增厚的现象（图3E）。值得注意的是，在Fgf20^βGal/βGal胚胎中没有真皮层形成的组织学切片的证据（图3E）。

紧接着，在E15.5的切片中，虽然可以在Fgf20^βGal/βGal胚胎中识别出基板（大多数）和少数深入真皮层的毛囊（偶尔），但它们都与真皮层的形成无关（图3E)。到了E16.5时，Fgf20^βGal/+胚胎的切片显示，初级毛囊已经发育到了毛钉阶段，并形成了次级毛基板。相比之下，在Fgf20^βGal/βGal胚胎中，大多数毛囊都非常小，而且还都与真皮层的形成无关。

之后，在Fgf20^βGal/βGal胚胎到达E18.5时，研究人员可以观察到一些初级毛囊，但其中的一些毛囊会有分叉，这些结果表明毛囊发育存在缺陷（图3E）。综上所述，这些数据表明 Fgf20是初级毛囊中真皮形成所必需的^[5]。

图3. (D)扫描电镜结果显示，Fgf20^βGal/+胚胎中的圆形突起为初级毛囊原基，但Fgf20^βGal/βGal胚胎的表面看起来相对平坦很多。(E)在E14.5、E15.5、E16.5和E18.5时，Fgf20^βGal/+和Fgf20^βGal/βGal小鼠胚胎皮肤的组织学HE染色切片。箭头表示皮肤出现凝结聚集。（右下图）箭头指出分叉的毛囊。比例尺代表100 毫米。

小结

小鼠FGF20的表型在早期主要聚焦于毛发形成，实验结果也显示，FGF20对于毛囊在胚胎期的形成具有重要的作用，同时也有相关文章介绍了FGF20在毛发生长过程中激活的相关通路。目前，很多成年人有着秃头的困扰，通过相关通路刺激毛发新生，甚至通过基因治疗激发毛囊形成，或许可以作为拯救头秃的法宝。

参考资料：

(1) https://www.ncbi.nlm.nih.gov/gene/26281

(2) https://alphafold.ebi.ac.uk/entry/Q9ESL9

(3) https://www.genecards.org/cgi-bin/carddisp.pl?gene=FGF20&keywords=fgf20

(4) http://www.informatics.jax.org/marker/MGI:1891346

(5) Development I H F . Fgf20 governs formation of primary and secondary dermal condensations in developing hair follicles [Research Papers].