心脏是脊椎动物胚胎发育过程中第一个形成并发挥作用的器官,而心脏病具有高发病率和高致死率,严重危害人类健康。研究表明先天性心脏病多与心脏基因的异常转录有关。其中左室心肌致密不全(LeftVentricularNon-compaction,LVCN)是一种原发型遗传性的心肌病变,该病一般认为是由于在胚胎发育阶段发育异常,由遗传性因素导致心肌致密化过程失败、心肌小梁异常增多而引起的严重心肌疾病。虽然左室心肌致密不全的病因已得到广泛研究,但其致病机理尚不明确。锌指蛋白转录因子GATA家族对于调控脊椎动物心脏、血液和其他组织器官的发育起重要作用。研究发现,在大多后生动物中均存在的锌指蛋白ZFPM家族(Zinc finger protein FOG family member,FOG)被鉴定为是仅与 GATA 转录因子结合的因子,并且通过多种模式调节下游基因表达。ZFPM通过募集核小体重塑和组蛋白脱乙酰基酶(NuRD)到其N端并介导GATA转录因子的转录,以维持脊椎动物多个组织器官的正常发育。本研究以斑马鱼为模式生物,基于其与人类基因同源性达87%,胚胎发育相关分子通路较为保守,并且具有体积小、易于繁殖、生长周期短、体外受精胚胎透明等生物学特点,适用于基因编辑及早期胚胎发育研究。ZFPM家族在斑马鱼中有三个基因:zfpm1,zfpm2a和zfpm2b。利用CRISPR/Cas9基因编辑技术和基因捕获技术分别构建了斑马鱼zfpm1,zfpm2 和zfpm2b基因突变体,用以研究ZFPM家族在斑马鱼发育过程中的生物学作用。在对zfpm1纯合突变体的观察中发现,在36 hpf时,zfpm1突变体胚胎卵黄处有明显凹陷,卵黄囊处有水肿,同时伴有心跳减缓和循环血细胞减少;而随着发育过程进行,心脏及血液的缺陷逐步恢复,在7 dpf时zfpm1突变体无明显形态学异常。经过长时间观察发现,随着发育进行,从15 dpf开始,zfpm1突变体幼鱼表现出发育迟滞并出现死亡,zfpm1突变体在60 dpf时表现出体型较小、心脏区域膨大,心脏功能明显受损;形态学分析结果表明zfpm1突变体的心房膨大,进一步经过组织学染色可见心室呈现异常的心肌小梁网。对18 dpf的对照组与zfpm1突变体的心室进行RNA-Seq转录组分析,发现Zfmp1活性的丧失导致了神经调节蛋白-ErbB信号的活性异常,从而导致心肌重塑过程中心肌细胞增殖增加,心肌小梁增多。这些结果暗示Zfmp1在协调心肌小梁生长和心室成熟过程中起着关键作用。而分别敲除zfpm2a和zfm2b后未见斑马鱼心脏发育成熟过程有明显异常,但是同时敲除zfpm2a和zfpm2b则会导致斑马鱼生长异常,体型明显偏小。综上所述,zfpm1可以通过作用于神经调节蛋白-ErbB信号通路,从而影响脊椎动物心肌的小梁化。分别敲除zfpm2a和zfpm2b后未见斑马鱼心脏发育成熟过程有明显异常,但是同时敲除zfpm2a和zfpm2b则会导致斑马鱼生长异常,体型明显偏小,但并未展现出心脏发育异常。