核因子IA转录调控脊髓运动神经元发育与代谢的分子机制

研究人员针对运动神经元后期成熟阶段转录调控机制不明的科学问题，通过多组学方法揭示了核因子IA（NFIA）在脊髓运动神经元定位、轴突分支和神经肌肉接头形成中的关键作用，首次建立了转录因子与线粒体代谢的调控关联，为运动神经回路组装机制提供了新见解。

　　

运动神经系统的精确发育是脊椎动物复杂运动行为的基础，但长期以来，科学界对运动神经元后期成熟阶段的转录调控机制知之甚少。虽然早期运动神经元特化的转录调控网络已被阐明，但调控轴突靶向、分支及突触形成的分子机制仍是未解之谜。更关键的是，能量代谢如何与神经发育协同调控这一科学问题始终缺乏直接证据。

针对这些挑战，加州大学圣地亚哥分校（University of California San Diego）的研究团队在《SCIENCE ADVANCES》发表重要成果。研究人员通过整合RNA测序（RNA-seq）、染色质免疫沉淀测序（ChIP-seq）和转座酶可及染色质测序（ATAC-seq）技术，结合遗传学小鼠模型（NFIAcKO）和三维光片成像，系统解析了核因子IA（NFIA）在运动神经元发育中的多重调控功能。

关键技术方法

研究使用Nestin-Cre条件性敲除小鼠（NFIAcKO）构建模型，通过流式分选获取E13.5胚胎脊髓运动神经元。采用全基因组水平的多组学分析（RNA-seq/ChIP-seq/ATAC-seq）鉴定NFIA靶基因，结合离体神经元培养、线粒体形态定量和ATP检测等功能实验验证机制。神经投射分析采用Hb9::GFP标记和光片显微镜三维重建技术。

NFIA在脊髓运动神经元中的动态表达

时空表达谱显示NFIA从E11.5开始持续表达于运动神经元祖细胞区（pMN）和迁移后的运动神经元，但不存在于胸段交感前神经节（PGC）。在肢体水平，NFIA共表达于内侧运动柱（LMC_M）和外侧运动柱（LMC_L），提示其广泛参与运动神经元亚型调控。

NFIA的双重转录调控特性

全基因组分析发现NFIA直接结合4453个基因启动子区域，其中447个基因表达上调（如轴突导向分子Epha4），376个下调（如线粒体复合物基因Ndufb8）。值得注意的是，NFIA不改变染色质可及性，而是通过激活或抑制靶基因转录发挥作用。荧光原位杂交证实运动神经元中OXPHOS相关基因（如Sdhb、Ndufb3）表达显著降低。

运动神经元空间定位紊乱

NFIA缺失导致腰椎运动柱边界模糊：LMC_L（Hb9⁺）神经元异常侧向迁移，与LMC_M（Isl1⁺）发生混杂。运动神经元池标记分析显示，股四头肌支配区（V）和阔筋膜张肌支配区（R/T）的Er81与Nkx6.2共表达增加，表明运动神经元亚型特异性受损。

轴突分支与神经肌肉接头缺陷

虽然NFIAcKO小鼠运动轴突初始路径正常，但肢体远端分支复杂度降低40%，神经束直径异常增粗。离体培养实验证实该表型具有细胞自主性：NFIA缺失神经元的线粒体数量减少35%，形态更短小（长度减少42%），ATP产量下降50%。成年期前（E18.5）的神经肌肉接头（NMJ）数量减少60%，与快肌纤维标记物降钙素基因相关肽（CGRP）表达下降一致。

线粒体功能的核心调控作用

Western blot显示复合物I（Ndufb8）和II（Sdhb）蛋白水平显著降低。线粒体形态计量学揭示NFIA缺失导致轴突中线粒体碎片化（形状因子降低0.25），这与NFIA直接激活线粒体基因转录的功能相符。

这项研究首次确立了NFIA通过"转录-代谢"轴调控运动神经元发育的分子范式：一方面抑制轴突导向分子表达以保障分支形成，另一方面激活线粒体基因网络维持能量稳态。该发现为脊髓性肌萎缩等神经发育障碍提供了新的机制解释，并为神经损伤修复研究开辟了转录调控代谢通路的新视角。研究揭示的NFIA双重调控机制，为理解神经系统发育中形态发生与能量代谢的协同调控提供了典范。