转录因子ZBTB20在成年垂体催乳素细胞中的生物学功能及其机制研究

Lactotropes are a group of endocrine cells secreting prolactin (PRL) in anterior pituitary. We previously reported a gene knockout mice characterized by an exclusive loss of lactotrope lineage in pituitary. The study in the knockout mice shows that the transcription factor ZBTB20 acts on the terminal differentiation process of the lactotropes at the embryonic stage, and determines the specification of the lactotropes. In vitro ZBTB20 can bind on promoter of Prl gene to activate its transcription. However, the physiological and pathological effects of ZBTB20 in lactotropes of adult pituitary are not yet known. In this study, we will use inducible conditional Zbtb20 gene knockout or overexpress mice to investigate the effects of ZBTB20 on the survival, proliferation and functions of lactotropes in adult pituitary gland. We also will investigate the molecular mechanism of PRL expression regulated by ZBTB20 in hypophysoma cell lines. The results of this study will reveal the physiological and pathological regulation of ZBTB20 on lactotropes in adult stage, enrich our understanding on differential development and functional regulation of endocrine cells in pituitary gland, and may provide new candidate target for treatment of hypophysoma.

催乳素细胞是位于垂体前叶，具有催乳素(PRL)分泌功能的一群内分泌细胞。申请人之前报道了首个以垂体催乳素细胞单谱系缺失为特征的基因敲除小鼠模型（Nat Commun，2016）。对该模型的研究发现，转录因子ZBTB20作用于胚胎期催乳素细胞的终末分化过程，决定催乳素细胞的分化方向；在体外ZBTB20可与Prl基因启动子直接结合，激活其转录。然而ZBTB20在成年垂体催乳素细胞中的生理和病理作用尚未可知。本课题拟在此基础上，利用诱导型催乳素细胞特异性Zbtb20基因敲除和过表达小鼠模型，探讨ZBTB20对成年垂体催乳素细胞数量维持、扩增和功能的影响，同时在垂体瘤细胞系中进一步分析ZBTB20激活PRL表达的分子机制。本研究结果将揭示成年阶段ZBTB20在催乳素细胞中的生物学功能及其机制，丰富人们对垂体内分泌细胞发育和功能调节的认识，并可能为垂体相关疾病的防治提供新靶点。

腺垂体中各群内分泌细胞出生前后的分化发育和相应激素的表达分泌受细胞内外多种信号分子的时空特异性调控。项目负责人既往研究发现锌指蛋白ZBTB20是调控垂体催乳素细胞发育早期细胞命运特化的关键分子，该基因全身敲除小鼠表现为出生后垂体发育不全和催乳素细胞群完全缺失，伴生长激素细胞数量减少。本课题在此基础上探讨了出生后不同生理时期小鼠催乳素细胞中ZBTB20的作用。利用催乳素引导的ZBTB20诱导型敲除（ZB20-IPO）小鼠模型，证实了在成年小鼠的催乳素细胞中，ZBTB20作为Prl基因的转录激活因子，对维持催乳素细胞的PRL表达、分泌等正常生理功能至关重要，其缺失可导致孕产期母鼠乳腺发育不良和产后泌乳障碍。首次发现ZBTB20不仅仅是催乳素细胞前体的细胞命运特化过程中所必需，在出生后生长发育期的催乳素细胞增殖和分化过程中也发挥重要调节作用；催乳素细胞在分化发育过程中存在去分化现象，而ZBTB20对催乳素细胞的去分化以及向生长激素细胞方向的分化具有抑制作用。本项目所构建和使用的PRL-CreER转基因小鼠可用于催乳素细胞相关的生物学研究，ZB20-IPO小鼠可作为低催乳素血症疾病动物模型。本课题的研究明确了ZBTB20调节催乳素细胞发育的新功能，揭示了垂体催乳素细胞分化发育与功能稳态调控的新机制。