转录因子Prdm1a调控斑马鱼侧线毛细胞命运转换的机制及其在听觉再生中的潜在意义

本研究针对脊椎动物毛细胞再生能力差异这一关键科学问题，通过斑马鱼模型揭示了转录因子Prdm1a在侧线毛细胞命运决定中的核心作用。研究人员发现prdm1a缺失会导致侧线毛细胞重编程为耳毛细胞表型，通过单细胞转录组测序(scRNA-seq)、ATAC-seq和基因编辑等技术，证实Prdm1a通过抑制耳毛细胞特征基因（如tmc2a、ckbb等）维持侧线毛细胞特性。该研究为哺乳动物听觉毛细胞再生提供了新的分子靶点，论文发表于《Nature Communications》。

　　

在脊椎动物中，机械感觉毛细胞对听觉和平衡功能至关重要，但哺乳动物耳蜗毛细胞一旦损伤便无法再生，导致永久性听力丧失。相比之下，斑马鱼等非哺乳动物却能通过侧线系统实现毛细胞的持续再生。这种再生能力差异背后的分子机制一直是科学家们探索的焦点。美国斯托瓦斯医学研究所(Stowers Institute for Medical Research)的Jeremy E. Sandler和Ya-Yin Tsai等研究人员在《Nature Communications》发表的研究，揭示了转录因子Prdm1a在决定毛细胞命运中的关键作用，为理解毛细胞亚型特异性分化提供了新见解。

研究人员运用了多项关键技术：通过ENU诱变筛选获得prdm1a突变体斑马鱼；采用单细胞转录组测序(scRNA-seq)分析发育和再生过程中的基因表达变化；利用ATAC-seq鉴定Prdm1a结合的顺式调控元件；建立Tg(myo6b:prdm1a)转基因系进行功能回补实验；结合杂交链式反应(HCR)原位杂交和共聚焦显微镜进行形态学验证。

prdm1a表达是侧线毛细胞发育和再生不可或缺的

研究发现prdm1a在侧线毛细胞中特异性表达，而在耳毛细胞中缺失。通过HCR证实prdm1a在毛细胞杀伤后30分钟即出现于中央支持细胞，5小时后局限于新生毛细胞。prdm1a突变导致发育过程中毛细胞数量减少约50%，再生能力下降40%，且EdU标记显示支持细胞增殖受损。

scRNA-seq揭示prdm1a突变导致毛细胞命运转换

单细胞转录组分析发现prdm1a突变导致毛细胞发育轨迹在年轻毛细胞阶段发生明显分歧。突变体毛细胞中1859个基因异常上调，包括耳毛细胞标志物pvalb9、ckbb、s100a1和tmc2a等。HCR验证这些基因在突变体侧线毛细胞中异位表达，而在野生型中仅见于耳毛细胞。ATAC-seq显示这些基因的增强子/启动子区域富含Prdm1结合 motif，报告基因实验证实s100a1调控元件在耳毛细胞中具有活性。

Prdm1a作为转录因子直接调控靶基因

在耳毛细胞中异位表达prdm1a可显著抑制耳特异性基因（如ckbb和tmc2a）的表达。形态学分析显示prdm1a突变导致侧线毛细胞动纤毛长度从23μm缩短至12μm，接近耳 macular毛细胞特征；而耳毛细胞中过表达prdm1a则使动纤毛从30μm缩短至23μm，呈现部分侧线毛细胞表型。

整合分析表明命运转换为耳 macular毛细胞

通过整合斑马鱼耳毛细胞scRNA-seq数据集，发现prdm1a突变体侧线毛细胞与耳 macular striolar区毛细胞转录谱高度相似。差异基因分析显示突变体毛细胞获得大量耳毛细胞特征基因，同时保留部分侧线特异性基因，表明命运转换不完全。

该研究建立了Prdm1a在毛细胞基因调控网络(GRN)中的核心地位：Atoh1a/b和Insm1a/b通过正向调控prdm1a表达，而Prdm1a通过抑制耳毛细胞程序（如Tbx2等）维持侧线毛细胞特性。这一发现不仅解释了脊椎动物不同毛细胞亚型的进化起源，更重要的是为哺乳动物毛细胞再生研究提供了新思路——通过操控关键转录因子实现特定毛细胞亚型的定向再生，为治疗听力障碍带来希望。研究同时表明，尽管耳和侧线毛细胞共享核心GRN，但Prdm1a的表达差异决定了它们的最终命运，这种"转录抑制决定细胞命运"的机制可能广泛存在于其他细胞类型中。