小鼠出生后发育及衰老过程中舌部和口腔黏膜中组蛋白去乙酰化酶的免疫组织化学分析

《Acta Histochemica》：Immunohistochemical analysis of histone-deacetylases in tongue and oral mucosa of mice during postnatal development and aging

　　

摘要

研究目的

组蛋白去乙酰化酶在转录抑制中起关键作用，对哺乳动物发育至关重要。然而，关于舌部和口腔黏膜中这类酶的表达及亚细胞定位的研究仍较为有限。本研究旨在探讨小鼠在出生后发育及衰老过程中，舌部和口腔黏膜中HDACs的时空表达模式。

研究方法

我们在小鼠出生后第1天、第21天、3个月、10个月以及18个月时采集了其舌部和口腔黏膜组织。通过苏木精-伊红染色和免疫组化技术，观察组织形态并检测HDACs的表达情况。

研究结果

在这两种组织中均未检测到HDAC1和HDAC6。而HDAC2则主要定位于上皮细胞的细胞核内。其余类型的HDAC则表现出不同的时空表达模式，且这些模式会随年龄变化而发生显著改变。具体而言，HDAC2–5以及HDAC7–11在3个月和10个月大的成年小鼠体内的表达水平高于出生后21个月和18个月的大鼠。此外，在出生后21个月和18个月的大鼠中，这些HDAC在基底上皮细胞中并未被检测到。

研究结论

本研究明确了小鼠在出生后发育及衰老过程中，舌部和口腔黏膜中HDAC家族成员的时空表达模式，为后续研究这类酶在口腔组织稳态维持及衰老过程中的功能提供了重要参考。

引言

口腔黏膜是口腔内的第一道防御屏障，不仅能提供物理保护，还具有出色的再生能力（Bodineau等，2009）。从结构上看，它由上皮层、固有层和黏膜下层组成。随着年龄增长，口腔黏膜会出现上皮变薄、萎缩、角化程度增加以及弹性下降等现象，使得组织结构变得更脆弱，外观也更为粗糙。舌头则是参与吞咽、说话和味觉感知的重要器官，其结构极为复杂，由横纹肌、源自颅神经嵴的间充质以及复层非角化鳞状上皮构成（Parada等，2012），因此也是口腔内结构最为复杂的器官之一（Iwasaki，2002）。在正常生理状态下，基底角质形成细胞通过持续增殖、向上迁移、分化以及表层细胞最终脱落的方式，来维持上皮组织的稳态（Senel，2021）。然而，随着年龄增长，这种再生能力会逐渐下降，从而导致上皮稳态功能受损，屏障作用减弱。而且，即便在同一种生物体内，不同组织的衰老速度也存在差异。

表观遗传学指的是基因表达发生的可遗传性改变，而这些改变并不涉及DNA序列的变动（Brunet和Berger，2014；Jaenisch和Bird，2003；Wu等，2024）。表观遗传调控包括DNA甲基化、组蛋白修饰以及染色质重塑，这些过程都在衰老过程中发挥着重要作用（Lopez-Otin等，2013）。在这些机制中，组蛋白乙酰化是最为受研究的翻译后组蛋白修饰之一（Bandyopadhyay和Medrano，2003）。组蛋白乙酰化水平受组蛋白乙酰转移酶和组蛋白去乙酰化酶的相互作用动态调控（Seto和Yoshida，2014）。组蛋白去乙酰化酶会去除组蛋白尾部的乙酰基，进而促使染色质凝缩并抑制基因转录（Kouzarides，2000）。此外，这类酶还能去乙酰化多种转录因子，从而影响它们的活性和稳定性（Higashitsuji等，2007；Tang等，2008）。根据结构和功能特征，组蛋白去乙酰化酶可分为五类：I类（HDAC1–3和HDAC8）、IIa类（HDAC4、HDAC5、HDAC7和HDAC9）、IIb类（HDAC6和HDAC10）、III类（SIRT1–7）以及IV类（HDAC11）（Kooistra和Helin，2012；la Torre等，2023）。

以往的研究将18–24个月大的小鼠定义为老年鼠，10–14个月大的视为中年鼠，3–6个月大的则为幼年鼠（An等，2018）。由于小鼠寿命较短，且其衰老过程较为清晰易研究（Ackert-Bicknell等，2015），因此它们被广泛用作研究衰老过程中表观遗传调控的理想模型（Kenyon，2010）。虽然已知组蛋白去乙酰化酶在基因调控中起着关键作用，但其在舌部和口腔黏膜生理衰老过程中的时空表达模式及亚细胞定位仍不甚明确。这一缺陷限制了我们对口腔组织衰老过程中组织特异性表观遗传调控机制的理解。因此我们推测，这类酶在口腔组织出生后发育及衰老过程中会表现出具有差异性且受动态调控的时空表达模式。基于这一假设，我们从出生后发育阶段到衰老过程，系统研究了小鼠舌部和口腔黏膜中HDAC1–11的表达模式，以此探究它们在口腔组织稳态维持和衰老过程中的潜在作用（见图1）。

章节要点

假设检验框架

本研究的核心研究假设是：在小鼠出生后发育及生理衰老过程中，HDAC家族蛋白在舌部和口腔黏膜中会表现出具有组织特异性且与年龄相关的时空表达模式。与之对应的零假设则是：所有类型的HDAC在所有发育/衰老阶段以及不同类型的口腔组织中，其表达水平与亚细胞定位都保持一致，各组之间不存在显著差异。

苏木精-伊红染色结果

我们观察了小鼠舌部的矢状面结构。舌背部的丝状乳头呈弯曲状，逐渐变细的圆锥形结构，其下方对应着圆锥形的结缔组织核心（见图2A）。在幼年小鼠中，丝状乳头分布均匀，形态规则（见图2B）。而老年小鼠的乳头分布则不规则，乳头顶端也较为钝圆（见图2E）。舌部肌肉纤维的体积则逐渐增大

讨论

我们的研究显示，大多数HDAC家族成员在舌部上皮中都表现出与年龄相关的特殊表达模式。总体而言，HDAC2–5以及HDAC7–11在3个月和10个月大时的表达水平高于出生后21个月和18个月的大鼠，而在出生早期以及老年阶段的基底上皮细胞中，这些酶的表达则明显降低或几乎不存在。这一现象表明，由HDAC介导的表观遗传调控与组织活跃生长期存在密切关联。

结论

本研究系统地分析了小鼠在出生后发育及衰老过程中，舌部和口腔黏膜中HDAC家族成员的时空表达模式。研究结果支持我们的假设，即这类酶在口腔组织中会表现出具有组织特异性且与年龄相关的表达模式，这说明口腔组织在成熟和衰老过程中存在动态的表观遗传调控。这些发现为后续的机制研究提供了重要参考，也可能为相关研究奠定基础。

声明与致谢

无

资金支持

本研究得到了黑龙江省自然科学基金（项目编号YQ2023H012）以及国家自然科学基金（项目编号82001488）的资助。

作者贡献说明

杨楚波：研究实施、数据分析、数据整理、结果可视化、初稿撰写。王景茹：数据整理、论文审阅与修改。王明星：数据整理、论文审阅与修改。孔佳琪：数据整理、论文审阅与修改。李慧舒：数据整理、论文审阅与修改。郭欣如：数据整理、论文审阅与修改。詹远波：研究构思、方法设计、实验指导、资金申请、项目管理以及论文审阅。

利益冲突声明

所有作者均声明不存在任何利益冲突。

杨楚波|王景茹|王明星|李慧舒|孔佳琪|郭欣如|詹远波

中国哈尔滨，哈尔滨医科大学第二附属医院，黑龙江省硬组织发育与再生重点实验室