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垂体前叶又称腺垂体,是机体内分泌系统的重要组成部分,是下丘脑与外周靶器官之间的枢纽,在维持内环境稳定、生长发育、物质代谢及哺乳等方面发挥重要作用。腺垂体由五种不同的内分泌细胞组成并分泌相应的促激素,包括生长激素(growth hormone,GH),催乳素(prolactin,PRL),促肾上腺皮质激素(adrenocorticotropin hormone,ACTH),促甲状腺激素(thyroid stimulating hormone,TSH),黄体生成素(luteinizing hormone,LH)及卵泡刺激素(follicle stimulating hormone,FSH)。腺垂体的发育过程受到多条信号转导通路在不同时间空间的调节,任何一个环节出现问题都会导致垂体发育不全及相应的内分泌激素产生和分泌异常。已知,垂体催乳素细胞分化自Pit1阳性前体细胞,其中部分Pit1阳性细胞在分化为成熟催乳素细胞之前还会经历一个PRL/GH双阳性的前体细胞阶段,但是具体的机制尚不清楚。本实验室前期研究发现,锌指蛋白ZBTB20在小鼠垂体组织中有高表达,其表达起始于胚胎14.5天(E14.5),并持续到成年。ZBTB20基因全身敲除小鼠存在严重的垂体发育不全,主要表现为垂体体积的减小和催乳素细胞群的完全缺失,同时GH的表达减少约一半。相应地,垂体的靶腺也存在不同程度的发育障碍,包括生长发育迟缓、乳腺发育障碍以及性腺发育不全。本课题在此基础上,着重从细胞和分子水平,深入研究ZBTB20调节腺垂体发育和催乳素细胞分化的相关机制。研究发现,ZBTB20-/-小鼠垂体体积减小主要是由于催乳素细胞完全缺失和生长激素细胞群增殖障碍导致,垂体的细胞凋亡并未增加,成年垂体中的干细胞数量和分布也无异常。尽管ZBTB20-/-小鼠出生后垂体中的催乳素细胞完全缺失,但在胚胎期其垂体中仍可出现PRL/GH双阳性细胞,这说明ZBTB20并不是PRL起始表达所必需,却影响其终末分化。进一步的实验发现,正常小鼠垂体组织中的这群PRL/GH双阳性细胞在出生前并不增殖,因此我们认为ZBTB20-/-小鼠出生后催乳素细胞的缺失并非是由于PRL/GH双阳性细胞的增殖障碍,而是这群细胞的分化障碍导致了最终无法分化出成熟的催乳素细胞。由于ZBTB20在下丘脑也有表达,为了排除下丘脑ZBTB20敲除对垂体发育的影响,我们分析了神经系统特异性ZBTB20基因敲除小鼠的垂体表型,并未观察到垂体催乳素细胞的分化异常,提示是垂体组织中自身表达的ZBTB20在调节催乳素细胞分化发育过程中发挥关键作用。随后的体外实验证实,在大鼠垂体瘤细胞中过表达ZBTB20可上调PRL的mRNA和蛋白表达以及培养上清中的PRL分泌水平,而干扰ZBTB20的表达可抑制PRL mRNA的表达以及减少培养上清中的PRL水平,这进一步说明ZBTB20对催乳素基因的表达具有内在的调节作用。为了阐明ZBTB20调节PRL表达的分子机制,我们分别构建了PRL基因启动子区2.5 kb、1.7 kb和0.5 kb的报告基因质粒以及Pit1表达质粒,利用双荧光素酶报告基因分析证实ZBTB20可与Pit1协同作用,共同激活PRL的转录。在大鼠垂体瘤MMQ细胞(只表达PRL)中,我们通过ChIP分析还发现ZBTB20可与PRL启动子直接结合。这些结果提示,ZBTB20是PRL的直接转录激活因子,并可能在维持PRL在催乳素细胞中的特异性表达方面发挥重要作用。综上所述,我们认为ZBTB20是垂体发育和催乳素细胞分化的关键调节因子,它在转录水平调节PRL在垂体乳素细胞中的特异性表达。ZBTB20的缺失影响Pit1阳性前体细胞向成熟催乳素细胞分化的过程以及PRL/GH双阳性前体细胞向成熟催乳素细胞终末分化的过程,从而使出生后垂体中的催乳素细胞群完全缺失。