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血管再生是机体维持组织稳态、修复缺血损伤的核心生理过程，其功能异常与心脑血管疾病、糖尿病足、肿瘤等重大疾病密切相关。在这一复杂的调控网络中，叉头框转录因子（Forkhead box, Fox）家族凭借其对靶基因的精准调控能力，成为连接细胞信号通路与血管细胞命运决定的关键节点。本文将系统解析Fox蛋白家族的核心特征，聚焦其在血管内皮细胞功能、血管新生机制中的作用，并探讨其在缺血性疾病治疗中的应用前景。 一、Fox蛋白家族：血管生物学中的“调控中枢” Fox蛋白家族是一类以“叉头结构域”为核心特征的转录因子，截至目前已发现19个亚家族（FoxA至FoxS），共50余个成员。这类蛋白的核心功能是通过识别靶基因启动子区的特定DNA序列（如5'-TAAACA-3'），直接激活或抑制转录，进而调控细胞增殖、分化、凋亡及代谢等关键生物学过程。 在血管系统中，并非所有Fox亚型均发挥作用，其中FoxO亚家族（尤其是FoxO1）、FoxC亚家族（FoxC1、FoxC2）及FoxA亚家族（FoxA2）是研究最为深入的“核心成员”。它们的表达具有明确的细胞特异性：FoxO1主要富集于血管内皮细胞（VECs），FoxC2在淋巴管内皮细胞和血管平滑肌细胞（VSMCs）中高表达，而FoxA2则在胚胎血管发育阶段的中胚层细胞中起主导作用。这种表达模式决定了不同Fox蛋白在血管再生的不同环节中扮演差异化角色。 血管再生的生理过程主要分为两类：一是“血管新生”（Angiogenesis），即从现有血管内皮细胞出芽形成新毛细血管；二是“动脉生成”（Arteriogenesis），即缺血区域侧支动脉的扩张与成熟。Fox蛋白家族通过调控这两个过程的关键信号通路，成为血管再生的“分子开关”。 二、核心Fox亚型：调控血管再生的“功能分工” 不同Fox蛋白通过靶向不同的下游基因，在血管再生中形成“分工协作”的调控网络，其中FoxO1、FoxC2及FoxA2的功能最为关键。 （一）FoxO1：血管内皮细胞的“命运守护者” FoxO1是血管内皮细胞中表达最丰富的Fox亚型，其功能具有“双向性”——既维持内皮细胞稳态，又调控血管新生的启动。在生理状态下，FoxO1通过抑制内皮细胞过度增殖，防止血管异常增生；而当组织缺血时，FoxO1会被PI3K-Akt信号通路磷酸化激活，转而成为血管新生的“促进者”。 研究证实，FoxO1可直接调控血管内皮生长因子（VEGF）的下游靶基因，如血管内皮钙黏蛋白（VE-cadherin） 和基质金属蛋白酶9（MMP9） ：VE-cadherin是维持内皮细胞间连接的关键分子，FoxO1通过激活其表达增强血管完整性；MMP9则能降解细胞外基质，为内皮细胞出芽迁移提供“通道”。在小鼠下肢缺血模型中，特异性敲除内皮细胞的FoxO1基因会导致血管新生效率下降40%，且新生血管的通透性显著升高，证明其对血管再生的必要性。 此外，FoxO1还具有“抗氧化应激”功能。缺血区域的氧化应激会损伤内皮细胞，而FoxO1可激活超氧化物歧化酶（SOD）的表达，清除活性氧（ROS），保护内皮细胞存活——这一作用使其成为缺血性疾病中“保护血管内皮”的重要靶点。 （二）FoxC2：血管稳定性与淋巴管再生的“调控者” 与FoxO1不同，FoxC2的核心功能是维持血管成熟与淋巴管再生。在血管新生的后期阶段，内皮细胞形成的毛细血管需要招募血管平滑肌细胞包裹，才能形成稳定的功能性血管，而FoxC2正是这一过程的“桥梁”。 FoxC2通过调控血小板衍生生长因子-BB（PDGF-BB） 的表达，吸引血管平滑肌细胞迁移至毛细血管周围，并促进其分化成熟。临床研究发现，人类遗传性淋巴水肿-双行睫综合征（Lymphedema-distichiasis syndrome） 的病因正是FoxC2基因突变——患者不仅淋巴管发育缺陷，还存在静脉瓣膜功能异常，导致血管回流障碍，这直接证实了FoxC2在血管-淋巴管稳态中的核心作用。 在肿瘤血管研究中，FoxC2也展现出独特价值：肿瘤组织的异常血管往往缺乏平滑肌细胞包裹，通透性高，而激活FoxC2可促进肿瘤血管“正常化”，既减少肿瘤转移风险，又能提高化疗药物的递送效率。 （三）FoxA2：胚胎血管发育与成年血管修复的“衔接者” FoxA2主要在胚胎发育阶段发挥作用，但其在成年组织的血管修复中仍具有“储备功能”。在胚胎中胚层分化过程中，FoxA2通过激活成血管细胞特异性基因（如Flk1） ，诱导中胚层细胞分化为血管内皮祖细胞（EPCs），为原始血管网络的形成奠定基础。 近年研究发现，成年小鼠缺血心脏中，FoxA2的表达会被重新激活——它通过与Notch信号通路协同作用，促进心肌缺血区域的内皮祖细胞增殖并分化为成熟内皮细胞，加速侧支血管形成。更重要的是，当通过病毒载体在缺血心肌中过表达FoxA2时，小鼠的心肌梗死面积可减少25%，心功能显著改善，这提示FoxA2可能成为缺血性心脏病治疗的潜在靶点。 三、Fox蛋白的调控机制：多信号通路的“交叉对话” Fox蛋白并非独立发挥作用，而是通过与血管再生相关的核心信号通路形成“交叉对话”，构建复杂的调控网络。其中，VEGF通路、Notch通路和PI3K-Akt通路是与Fox蛋白交互最密切的三大通路。 VEGF是血管新生的“核心细胞因子”，而FoxO1是VEGF信号的关键下游效应分子：当VEGF与内皮细胞表面的VEGFR2结合后，会激活PI3K-Akt通路，使FoxO1发生磷酸化并进入细胞核，进而激活下游靶基因（如VE-cadherin）；同时，FoxO1也可反向调控VEGF的表达——在缺氧条件下，FoxO1能结合VEGF基因的启动子区域，进一步增强VEGF的转录，形成“正反馈循环”，放大血管新生信号。 Notch通路则主要调控血管内皮细胞的“命运选择”（如尖端细胞与茎细胞的分化），而FoxC2是Notch信号的重要调控者：FoxC2可直接激活Notch配体Dll4的表达，Dll4与相邻内皮细胞的Notch受体结合后，抑制VEGFR2的活性，防止过多内皮细胞分化为尖端细胞，从而维持血管分支的有序性。若FoxC2表达异常，会导致Notch通路失衡，出现血管分支紊乱、结构异常的现象。 PI3K-Akt通路则是Fox蛋白活性的“开关”：该通路的激活会使FoxO1、FoxC2等发生磷酸化，改变其细胞定位（如从细胞质进入细胞核）或活性状态。例如，在缺血状态下，PI3K-Akt通路被激活，磷酸化的FoxO1进入细胞核，启动血管新生程序；而在营养充足的稳态下，PI3K-Akt通路活性低，FoxO1滞留于细胞质，处于抑制状态——这种“开关机制”确保了血管再生仅在需要时启动，避免资源浪费或异常增生。 四、研究挑战与应用前景：从基础研究到临床转化 尽管Fox蛋白在血管再生中的作用已得到广泛证实，但其临床转化仍面临三大挑战： 一是亚型特异性调控的难度。Fox家族成员的结构高度相似，尤其是DNA结合域的同源性高达70%以上，传统小分子药物难以精准靶向某一亚型（如仅激活FoxO1而不影响FoxO3），可能导致脱靶效应。例如，非特异性激活FoxO家族可能抑制肿瘤血管新生，但同时也会抑制正常组织的血管修复，引发副作用。 二是体内递送系统的局限性。当前研究中，过表达Fox蛋白主要依赖病毒载体（如腺病毒、慢病毒），但病毒载体存在免疫原性、插入突变风险等问题，难以应用于临床；而非病毒载体（如脂质纳米颗粒）的转染效率较低，无法有效靶向缺血区域的血管内皮细胞。 三是长期安全性的未知性。Fox蛋白的持续激活可能打破血管稳态，例如长期激活FoxO1可能导致血管内皮细胞过度增殖，增加血管瘤的风险；而长期抑制FoxC2则可能导致血管平滑肌细胞功能异常，引发血管狭窄。因此，如何实现Fox蛋白的“时空特异性调控”（如仅在缺血区域、特定时间段激活），是临床转化的关键。 尽管挑战重重，Fox蛋白的临床应用前景依然广阔。目前，已有三项方向的研究取得突破：一是Fox蛋白小分子激活剂的开发，如针对FoxO1的小分子化合物AS1842856，在小鼠下肢缺血模型中已证实可显著促进血管新生，且无明显副作用；二是基因编辑技术的应用，通过CRISPR-Cas9技术在血管内皮祖细胞中特异性敲除FoxO1的抑制性位点，再将修饰后的细胞移植到缺血区域，可显著提高血管修复效率；三是联合治疗策略，将Fox蛋白调控与VEGF、干细胞移植等手段结合，例如过表达FoxC2的内皮祖细胞联合VEGF注射，可在缺血心脏中形成更稳定、更成熟的血管网络。 结语 Fox蛋白家族作为血管再生的关键调控者，其功能涵盖了内皮细胞稳态、血管出芽、平滑肌细胞招募及淋巴管再生等多个环节，并通过与VEGF、Notch等通路的交叉对话，构建了精准的调控网络。尽管从基础研究到临床转化仍需突破亚型特异性调控、体内递送等瓶颈，但Fox蛋白已展现出成为缺血性疾病治疗靶点的巨大潜力。未来，随着基因编辑、小分子药物研发技术的进步，以Fox蛋白为核心的血管再生治疗策略，有望为心脑血管疾病、糖尿病足等患者带来新的希望。 需要我帮你整理文中提到的Fox蛋白核心亚型及其功能表格吗？这样能更直观地对比不同亚型在血管再生中的作用，方便你快速查阅关键信息。

胚胎植入子宫后，通过原肠运动建立内胚层、中胚层、外胚层三胚层结构，进而启动神经管闭合、体节形成等过程，并奠定心脏等器官发育的基础。这一系列事件对胚胎着床、器官发生及胎儿发育具有决定性作用。胚胎干细胞（ESCs）、胚外内胚层干细胞（XEN）和滋养层干细胞（TSCs）的建立，为研究早期胚胎谱系分化提供了重要工具。在此基础上发展的干细胞类胚胎模型技术，通过多种干细胞的自组装，在体外重现了早期胚胎发育与器官发生过程，为解析发育机制和疾病成因提供了新范式。 然而，当前构建模拟小鼠原肠胚形成后阶段的类胚胎模型，仍需依赖胚内（ESCs、XEN）和胚外（TSCs）多种干细胞系或转基因操作，存在培养体系复杂、效率低下的瓶颈，严重限制了该技术的应用。因此，突破胚内-胚外谱系分化的壁垒，建立具有双向分化潜能且能长期稳定培养的新型干细胞，并实现高效的原肠后类胚胎构建，将成为推动发育生物学和再生医学发展的关键突破。 2025年8月29日，同济大学高绍荣院士团队与魏珂教授团队在《Cell Research》期刊发表题为《Modeling Post-Gastrula Development via Bidirectional Pluripotent Stem Cells》的研究论文。该研究通过高内涵筛选，成功建立了一种可在体外长期培养的具有胚外-胚内双向分化能力的新型干细胞（Bidirectional Pluripotent Stem Cells, BPSCs）。该类细胞同时表达OCT4和CDX2，并且能在体外不添加诱导培养基的情况下，高效自发分化为三类早期胚胎谱系（Epi、TE和PrE）。BPSCs展现出强大的类胚胎形成能力，能够高效精确的重现小鼠胚胎心脏跳动、神经管闭合、体节形成及原始生殖细胞迁移等一系列关键发育事件。这项工作为再现着床后胚胎发育提供了新的细胞平台，也为研究早期人类发育与再生医学奠定了基础。  研究团队首先利用带有Oct4-GFP和CDX2-mCherry双重荧光报告基因的扩展多能干细胞（EPSCs）进行小分子筛选，在1859种小分子中发现AS1842856（FOXO1抑制剂）和LY2090314（GSK3抑制剂）这两种小分子能够共同诱导超过70%的细胞呈现OCT4和CDX2双阳性表达状态。此类细胞在AL培养条件下可以长期稳定培养，并且EPSCs也可从桑葚胚时期直接建立（图1）。通过单细胞转录组分析发现BPSCs更靠近处于第一次命运决定期的8至16-细胞期胚胎。此外，四倍体补偿实验证明BPSCs具有独立支持完整胚胎发育至成年的潜能。 图1 BPSCs的建立 在体外自由分化实验中，研究团队进一步证明BPSCs可以在仅使用没有额外诱导因子的基础培养基条件下，于48小时内分化出CDX2阳性（33.6%）、OCT4阳性（40.9%）及GATA6阳性（8.6%）的三类细胞，三者分别对应E4.5阶段囊胚中的三大谱系。这种无需诱导即可分化为三谱系的能力验证了BPSCs具备的高度可塑性（图2）。  图2 BPSCs在无诱导因子条件下自发分化 更为关键的是，研究团队利用这一培养体系，在仅使用化学诱导的条件下，从单一细胞起始实现了对E8.5-E8.75器官形成阶段胚胎发育的精确模拟（图3）。在数日的体外培养中，BPSCs类胚胎逐渐完成了卵黄囊血岛产生、头神经褶发育、神经管形成与闭合、心脏有规律的搏动、体节形成、原始生殖细胞的产生和迁移等多个重要发育事件。免疫荧光与单细胞转录组分析显示，所构建的类胚胎结构在形态结构与细胞组成上与自然胚胎（E8.5-E8.75）高度一致，具备复杂且精细的组织结构。 图3 单一细胞起始构建器官发生初期类胚胎 BPSCs中胚外谱系相关基因CDX2、TFAP2C等启动子区域相比其它干细胞呈现更加开放状态，H3K27ac等激活性表观标志明显增强，这为其分化为胚胎外谱系提供了表观基础。在机制上，研究证明Wnt通路的超激活可通过转录因子LEF1 上调CDX2的表达。同时在胚胎中敲低LEF1可导致囊胚形成受到抑制，揭示LEF1在体内同样具有调控胚外谱系细胞命运决定的重要作用。 图4 lef1负责激活BPSCs的胚外发育潜能 更值得关注的是，该研究成功验证了AL培养体系在人类干细胞中的普适性。当研究人员将相同的小分子组合（AS与LY）添加到人类naïve多能干细胞（naïve ESCs）中，仅数日处理便诱导出OCT4/CDX2双阳性细胞状态。单细胞RNA测序进一步证实，这些人源细胞同步激活了滋养层发育相关基因网络。提示，BPSCs培养体系在跨物种应用及人类胚胎发育研究中均具备重要的拓展价值。 助理研究员刘奎升、博士研究生燕子回、助理研究员柏丹丹、博士研究生姜睿、毕焱副教授、博士研究生马祥钧为该论文的共同第一作者，刘文强教授、高绍荣院士、魏珂教授、王译萱教授为该论文的共同通讯作者。该研究得到国家重点研发计划和国家自然科学基金等项目资助。 论文链接： https://www.nature.com/articles/s41422-025-01172-x 原文链接： https://life.tongji.edu.cn/74/a1/c12615a357537/page.htm 本文仅用于学术分享，转载请注明出处。若有侵权，请联系微信：bioonSir 删除或修改！