复旦郑大联合团队Bone Research新突破！阐明FOXI3调控颅面发育机制，为颅面短小症诊疗新添科学依据

颅面短小症（CFM）是与颅神经嵴细胞（CNCC）及第一、二鳃弓发育异常相关的先天性颅面发育障碍，以外中耳畸形、下颌骨发育不全为典型表现，发病率约1/3500-1/5600活产儿，严重影响患者生存质量。此前研究已发现FOXI3基因突变与CFM密切相关，但FOXI3调控颅面发育的具体分子机制，长期以来尚未明确，成为领域内亟待破解的关键问题。

2026年2月，复旦大学附属眼耳鼻喉科医院马竞研究员、张天宇教授团队，与郑州大学郝冰涛教授团队展开合作研究，在骨科学顶刊Bone Research 发表重要成果。研究结合小鼠模型构建、单细胞转录组测序、功能验证及临床样本分析等多种技术手段，首次系统阐明了FOXI3调控颅面发育的全新分子机制，为CFM的发病机制提供了全新科学解释，也为该疾病的后续基础研究与临床干预，奠定了重要的理论基础和实验依据。

首次明确作用模式：FOXI3经外胚层介导调控CNCC发育

CNCCs是颅面发育的核心细胞群体，其发育异常是CFM发生的关键环节。研究首先明确了FOXI3的表达特征与作用方式：FOXI3特异性表达于小鼠E10.5胚胎第一、二鳃弓外胚层和耳廓表皮，在发育为耳廓软骨的CNCCs中无表达。

功能实验结果进一步证实，CNCCs中特异性敲除Foxi3的小鼠，其耳廓、下颌骨及中耳结构发育均正常（图1）；而外胚层中Foxi3的缺失，会直接导致CNCCs增殖减少，小鼠出现鳃弓变小、耳廓缺失、下颌骨发育不全的典型CFM表型（图2）。这一发现清晰界定了FOXI3的作用路径——并非直接调控CNCCs，而是通过外胚层微环境介导其增殖，为后续解析分子调控通路锁定了核心靶点。

图1 小鼠CNCC中 FOXI3缺失不影响颅面发育

图2 外胚层中FOXI3缺失抑制CNCC增殖

解锁细胞通讯密码：外胚层与CNCC间存在TGF-β1介导的单向调控

为进一步解析外胚层调控CNCCs的分子机制，研究团队开展了单细胞转录组测序，首次绘制了人（胚胎期+青少年期）和小鼠（胚胎期+出生后）耳廓发育的单细胞图谱（图3），为跨物种研究耳廓发育调控网络提供了全新的基础数据。

基于该图谱的分析发现，外胚层/皮肤细胞与CNCC来源的软骨细胞间，存在由软骨形成相关细胞因子介导的强烈单向细胞通讯，皮肤细胞可分泌TGF-β1、FGF7等因子调控软骨细胞发育，且胚胎期的调控因子种类更为丰富。而外胚层中敲除Foxi3，会严重破坏这一细胞通讯网络，导致中胚层TGF-β信号通路被抑制，小鼠鳃弓及耳廓组织中TGF-β1及其下游信号分子SMAD2/3的蛋白表达水平大幅下降（图4）。体外共培养实验进一步验证，TGF-β1是外胚层调控CNCCs增殖的核心因子，明确了细胞通讯中的关键介导分子。

图3 人类耳廓发育过程中耳廓皮肤与软骨细胞之间存在强烈的细胞间通讯

图4 外胚层和表皮细胞中的Foxi3通过细胞因子TGF-β1 调控CNCC谱系发育

揭示全新调控机制：FOXI3通过调控翻译过程介导细胞因子合成

FOXI3作为转录因子，其调控下游分子的方式是本次研究的另一重要探索点。研究发现，FOXI3并非通过直接的转录调控方式调节软骨形成相关细胞因子的表达，而是通过调控翻译过程，介导细胞因子的合成与分泌，这是首次发现FOXI3的这一全新调控模式。
通过对FOXI3敲低的HaCaT细胞进行RNA-seq分析，发现软骨发育相关细胞因子在mRNA水平无显著变化，但EIF5A、DDX3X等参与翻译起始与延伸的核心基因表达显著下调；结合CUT&Tag技术绘制的FOXI3全基因组结合图谱，证实FOXI3可直接结合这类翻译相关基因的启动子区域；ATAC-seq实验则显示，FOXI3敲低会显著降低这些基因的染色质可及性，进而抑制其表达。后续功能实验进一步佐证，FOXI3正是通过调控翻译相关基因的表达，介导细胞因子的合成与分泌，进而调控颅面发育。

临床样本验证：FOXI3突变通过抑制翻译起始与TGF-β通路引发CFM

为实现基础研究与临床的衔接，研究团队对携带FOXI3杂合移码突变的CFM患者耳廓皮肤样本进行了scRNA-seq分析，结果显示患者基底细胞中翻译起始相关基因显著下调，TGF-β信号通路受抑，且基底细胞分化能力受损（图5）。蛋白水平检测进一步证实，患者耳廓表皮中FOXI3、EIF5A、DDX3X及TGF-β1的表达均显著降低，软骨组织中TGF-β下游COL2A1、SMAD2/3的表达也呈下调趋势。

一系列功能回补实验则为临床干预提供了潜在思路：体外实验中，过表达突变型FOXI3无法恢复HaCaT细胞对软骨细胞增殖的促进作用，而补充TGF-β激动剂可逆转该表型；小鼠模型中，野生型孕鼠腹腔注射TGF-β通路抑制剂会导致下颌骨发育不良，而外胚层敲除Foxi3的孕鼠腹腔注射TGF-β通路激活剂，可部分挽救CFM相关表型。这一结果从临床样本和动物模型两个层面，验证了FOXI3突变→翻译起始抑制→TGF-β通路受损→CFM发生的核心疾病通路，为后续CFM的临床干预靶点筛选提供了直接的实验依据。

图5 携带FOXI3突变的CFM患者耳廓皮肤scRNA-seq

研究总结

本研究首次系统阐明了FOXI3调控颅面发育的完整分子机制，明确其通过外胚层微环境，调控翻译通路、介导TGF-β1依赖的细胞通讯，间接影响CNCCs的增殖与分化，最终参与颅面发育的调控过程。这一发现不仅填补了FOXI3与颅面发育相关研究的空白，为CFM的发病机制提供了全新的科学解释，也为该先天性颅面发育障碍的后续基础研究、靶点开发及临床干预，提供了重要的理论支撑和实验方向。

参考文献：Chen X, Wu S, Chen Y, Li C, Feng X, Fu Y, Zhu Y, Chen Y, Chen L, Yang R, Dai R, Zhang J, He A, Wang X, Ma D, Hao B, Zhang T, Ma J. FOXI3 establishes the ectodermal niche in pharyngeal arches for cranial neural crest cells and their lineages. Bone Res. 2026 Feb 4;14(1):16. doi: 10.1038/s41413-025-00499-w. PMID: 41639043; PMCID: PMC12873258.