瓣膜通常位于心脏的流出道和房室通道处,在心脏内部起着防止血液倒流的作用。由于瓣膜结构的复杂性和生成时间的长期性使得瓣膜发生很容易受到致畸因子的影响,因此先天性瓣膜疾病在成活出生婴儿中发病比例很高。但目前只有20%左右的先心病可以诊断出确切的病因。因此,研究环境因子和遗传因素在瓣膜发生过程中的作用对防治新生儿先天性心脏发育缺陷有重要的意义。亚硝酸盐是一种常用的食品添加剂,除大量存在在环境中外,亦广泛分布于我们身体的多种组织和器官中。通过参与体内的硝酸盐-亚硝酸盐-一氧化氮稳态发挥着重要的生物和生理学作用。已知过量的亚硝酸盐可对人类健康产生导致多种毒理作用,但其对脊椎动物的心脏瓣膜发生的影响迄今尚未见报道,在本研究中,我们利用了在研究心血管系统发育方面具有独特优势的模式动物斑马鱼,探讨了亚硝酸盐在脊椎动物早期胚胎发生过程中对瓣膜发育的影响。通过将斑马鱼胚胎曝露在亚硝酸盐的环境中生长,我们的研究发现亚硝酸盐会以浓度依赖的方式致脊椎动物胚胎心脏出现心脏水肿等发育异常,其作用的时间窗自36 hpf(受精后36小时)起。对24hpf至48hpf被暴露胚胎的分析表明,血液动力学等物理性因素如心跳、血液循环和心脏功能等,以及心脏的心肌和心内膜在亚硝酸处理的胚胎中均没有发生变化。但从48hpf开始,过量的亚硝酸盐影响房室通道处的心内膜垫发生,导致在76hpf时,斑马鱼的瓣膜发育明显缺失。胚胎整体原位杂交显示,过量的亚硝酸盐暴露在早至43 hpf时即显著地下调了决定房室通道瓣膜前体细胞发生的标识基因如bmp4、has2、versican和notch 1b等基因的表达,导致在预定发生瓣膜的区域心肌层和心内膜的诱导信号缺失。进一步的研究发现,亚硝酸盐暴露导致胚胎内位于一氧化氮下游的信号分子cGMP水平显著提高。而在亚硝酸盐暴露的胚胎内注射可抑制产生cGMP酶活性的抑制剂(ODQ)可很好地拯救过量亚硝酸盐引起的心脏发育异常表型。我们的这些结果表明,过量的亚硝酸盐可以通过产生过量的一氧化氮信号影响脊椎动物房室通道瓣膜的发生。视黄酸(RA)是一种重要的形态发生素,在脊椎动物胚胎的早期发育中以这种浓度梯度的方式发挥着重要的作用。已有的研究表明,RA信号对脊椎动物胚胎的心脏发生至关重要,但内源性的RA信号,特别是在胚胎发育早期主要负责RA生成的Aldh1a2基因在脊椎动物心脏房室瓣膜发生中的作用尚未见详细研究,在本研究中,我们通过敲落斑马鱼胚胎中的aldh1a2探索了内源性RA信号在脊椎动物房室通道瓣膜发生中的作用。结果表明敲落aldh1a2导致斑马鱼胚胎在50hpf即开始出现心包水中和血细胞堆积,到76 hpf时,房室通道瓣膜发育明显缺失。对24hpf(受精后24小时)至50 hpf aldhla2敲落胚胎的分析表明,血液动力学等物理性因素如心跳、血液循环和心脏功能等,以及心脏的心肌和心内膜均没有受到缺失RA信号的影响。胚胎整体原位杂交显示,房室通道心肌层基因的表达不受RA信号的影响；但是,毗邻的心内膜基因如内陷运动诱导基因包括notch1b和has2的表达显著下调,而钙粘蛋白基因如cdh5(编码VE-cadherin蛋白)却在房室通道区域异位扩增。至76 hpf,心内膜细胞内陷运动停止。时间窗分析表明,内源性RA信号在16-26 hpf对心脏房室瓣发生发挥作用。向aldh1a2敲落的胚胎中添加RA可以部分拯救房室通道处心内膜基因的表达。因此,我们的这些结果表明内源性的RA信号通过Notchl-VE-cadherin通路调控心内膜细胞的内陷运动,从而影响脊椎动物心脏房室瓣膜的发育。总之,脊椎动物的心脏房室通道瓣膜的发生受到环境和遗传因素影响。过量的亚硝酸盐通过产生过量的一氧化氮信号致房室通道瓣膜发生异常。而内源性的RA信号通过Notchl-VE-cadherin通路调控房室瓣膜的发育。