Tulp3缺失通过纤毛发生障碍和纤维化信号通路激活诱发斑马鱼胚胎期纤毛病表型

本研究聚焦纤毛病致病机制，为解决TULP3基因突变导致多器官进行性纤维化的病理问题，研究人员通过斑马鱼模型开展Tulp3功能缺失研究，发现其缺失引发纤毛数量减少、长度缩短及Wnt/Jak-Stat信号通路上调，导致胚胎期肾囊肿、体轴弯曲和成鱼期肝纤维化与脊柱侧凸，为纤毛病治疗靶点开发提供重要理论依据。

　　

纤毛作为细胞表面微管为基础的感知器官，在脊椎动物发育和组织稳态中扮演信号传导中心的关键角色。当纤毛发生或功能出现缺陷时，会引发一类被称为纤毛病（ciliopathies）的遗传性疾病，患者常表现为多器官受累，包括肾脏囊肿、肝纤维化、心脏肥厚以及神经发育异常等。由于临床表现复杂、遗传异质性高且致病机制未明，纤毛病的诊断和治疗面临巨大挑战。近年来，纤毛过渡区（transition zone, TZ）作为纤毛内物质运输的关键枢纽受到广泛关注，其中Tubby样蛋白3（TULP3）作为一种重要的适配器蛋白，可与IFT-A复合物及膜磷脂互作，介导多种膜蛋白（如多囊蛋白、GPCRs等）进入纤毛。尽管TULP3在小鼠中的缺失会导致神经管闭合缺陷和多指畸形等严重表型甚至胚胎致死，但在人类中却与进行性肝、肾和心脏疾病相关，这一差异暗示物种间TULP3功能存在重要区别。

为深入探究TULP3在胚胎发育及成体疾病进展中的功能机制，Daniel Epting等研究人员在《Scientific Reports》上发表了最新研究成果。他们以斑马鱼为模型，综合利用基因敲降（Morpholino）、CRISPR/Cas9基因敲除及多种分子生物学技术，系统分析了Tulp3缺失在胚胎期和成鱼期的表型及分子机制。研究发现，Tulp3缺失会导致斑马鱼胚胎出现典型的纤毛病相关表型，包括前肾囊肿、体轴弯曲、左右不对称性缺陷等；成鱼则出现肝纤维化、肾脏囊肿及脊柱侧凸。在机制层面，Tulp3缺失造成纤毛数量减少和长度缩短，但并不影响纤毛超微结构；同时，纤维化相关信号通路如Wnt和Jak/Stat被激活，而Hh信号未受影响。此外，研究还发现与体轴形态发生相关的神经肽urp1表达显著下降，这可能是成鱼期脊柱畸形的重要诱因。该研究不仅揭示了TULP3在纤毛发生和信号调控中的关键作用，还为理解纤毛病多器官进行性纤维化提供了新的动物模型和分子靶点。

研究主要采用了以下关键技术方法：利用斑马鱼母合子突变体（MZtulp3）及 Morpholino 敲降进行功能缺失研究；通过整体免疫荧光染色、透射电镜观察纤毛形态与数量；采用RNA测序（RNA-Seq）、qPCR和整体原位杂交（WISH）分析信号通路及纤维化相关基因表达；使用人类TULP3 mRNA进行表型挽救实验验证基因特异性。样本来源于斑马鱼AB/TL品系及基因编辑突变体。

Tulp3 knockdown results in ciliopathy-associated phenotypes during zebrafish embryogenesis

通过翻译阻断和剪接阻断型Morpholino敲降tulp3，研究者发现斑马鱼胚胎在2 dpf时出现前肾囊肿、耳石沉积异常、腹侧体轴弯曲和心脏左右不对称性缺陷等典型纤毛病表型，且这些表型可通过共注射人TULP3 mRNA部分挽救，证明表型特异性依赖于Tulp3功能缺失。

Tulp3 knockout zebrafish present with ciliopathy-associated phenotypes during embryogenesis and adulthood

在CRISPR/Cas9构建的母合子tulp3突变斑马鱼中，研究者不仅确认了胚胎期表型，还发现成鱼出现脊柱侧凸。进一步分析发现，突变体中Reissner纤维（RF）形成虽未受影响，但RF下游信号分子urp1的表达显著降低，这可能是导致体轴畸形的重要原因。

Tulp3 deficiency results in defective ciliogenesis and disrupted cilia-related signalling

对纤毛形态的分析显示，tulp3缺失胚胎在Kupffer囊中的纤毛长度和数量均显著减少，但透射电镜显示纤毛超微结构（9+2微管排列）未受影响。分子机制研究表明，Hh信号通路未见异常，而Wnt和Jak/Stat信号通路关键基因（如wnt8a、lef1、jak1、stat1b）表达上调，RNA-Seq结果进一步支持Wnt相关通路富集。

Loss of Tulp3 leads to upregulation of genes related to liver fibrosis

在胚胎期即发现纤维化相关基因（如acta2、hand2）、炎症/损伤相关基因（tgfb、sdf1a）以及肝功能标志物（gc、serpina1）表达上调，表明肝纤维化相关改变在发育早期已启动，RNA-Seq分析也提示细胞外基质（ECM）重组和Tgfb信号通路上调。

研究表明，Tulp3作为纤毛内运输的关键适配器，其功能缺失不仅影响纤毛的发生和形态，还会导致多个信号通路异常激活，尤其是促进纤维化的Wnt和Jak/Stat通路。这些发现将胚胎期发育缺陷与成体进行性疾病联系起来，为理解纤毛病多器官进行性纤维化提供了机制解释。此外，斑马鱼模型再现了人类患者的肝、肾及脊柱表型，凸显其作为研究纤毛病致病机制和筛选治疗策略的理想模型。该研究不仅深化了对TULP3生物学功能的认识，也为未来针对纤维化信号通路的干预研究提供了重要基础。