肝脏和肠道是脊椎动物消化系统中的重要器官，二者在发育上同源，均来自内胚层。Prospero homeobox 1 (Prox1)编码一种含有同源异形盒结构域的转录因子，研究表明该基因为肝脏发育所必需，但其作用机制仍有待阐明。此外，同源异形组织器官之间的细胞分化比较和命运转换机制也缺乏相关研究。斑马鱼作为研究脊椎动物器官发育和人类疾病的理想模型，其肝脏结构、功能和发育过程与高等脊椎动物存在保守性，且具备早期胚胎透明、易于观察内脏器官、可活体动态成像等特点，在肝脏发育机制研究中具有独特优势。

2024年9月27日，Journal of Genetics and Genomics在线发表北京大学生命科学学院张博教授团队题为“Prox1a promotes liver growth and differentiation by repressing cdx1b expression and intestinal fate transition in zebrafish”的研究论文。该研究揭示了Prox1a通过抑制肝脏细胞向肠道命运分化调控斑马鱼肝脏发育的新机制，为理解Prox1在脊椎动物肝脏发育中的关键作用以及探究同源异形盒家族基因间的功能相互作用提供了新思路。

prox1a是Prox1在斑马鱼中的同源基因之一，其在肝脏原基中开始表达。该研究利用CRISPR/Cas9技术制备了斑马鱼prox1a突变体(prox1a-/-)。研究发现，prox1a-/-胚胎的肝脏体积变小，肝内胆管和血管网络发育均严重受损，但早期肝脏原基的形成并未受到影响。进一步研究证明，Prox1a参与调控肝脏原基生长和正常分化过程，但并非早期肝脏命运特化所必需。Caudal type homeobox 2 (Cdx2)同样编码一种同源异形盒转录因子，作为肠道发育的核心调控因子在肠道原基中特异表达。斑马鱼cdx1b是其功能同源基因。该研究意外发现，prox1a突变后，cdx1b的表达在肝脏中被异位激活，从而介导肠道发育程序在肝脏内异常启动，使肝脏细胞发生命运转化，最终在肝脏位置诱导形成肠管样结构——发生肝脏向肠道的“同源异形”转变。利用反义核酸类似物Morpholino敲低cdx1b的表达可部分缓解prox1a-/-胚胎肝脏发育缺陷和异位肠道表型。染色质免疫沉淀分析显示Prox1a可直接结合cdx1b的启动子区域，哺乳动物细胞转染实验证明Prox1a能够抑制含有该启动子区域的荧光素酶报告基因的表达，表明cdx1b是Prox1a直接调控的靶基因。

图1 Prox1a调控斑马鱼肝脏发育的工作模型。

野生型(Wild type)斑马鱼胚胎中，cdx1b维持肠道正常发育(绿色结构)，Prox1a则通过直接抑制cdx1b在肝脏中的表达维持肝脏正常发育(红色结构)，防止其向肠道命运分化。在斑马鱼prox1a-/-中，cdx1b表达被异常激活，介导肠道命运分化在肝区异位启动，从而导致肝脏发育缺陷和肝区肠管样结构形成。

综上所述，该研究揭示同源异形盒家族转录因子Prox1a可以直接抑制同源异形盒家族基因cdx1b的表达，从而抑制肝脏细胞向肠道细胞的“同源异形”命运分化，促进和维持斑马鱼肝脏正常发育。

该研究为阐明Prox1在脊椎动物肝脏发育中的重要作用打开了新思路，为同源异形盒转录因子之间的功能互作提供了新信息，同时也对肝脏损伤及其再生治疗提供了新切入点。北京大学生命科学学院胡莹莹博士、罗舟博士和王美文博士为该论文共同第一作者。张博教授为通讯作者。相关工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金委和北京市自然科学基金等项目的资助。