论文部分内容阅读
先天性心脏缺陷是胚胎致畸的主要原因之一，新生儿中约有1％有先天性心脏缺陷。影响胚胎心脏发育的因素很多，最近数年的研究也揭示了一些遗传方面的潜在原因，但其遗传机制仍并不十分明了。转化生长因子-β/骨形成蛋白(TGF-β/BMP)家族对胚胎心脏发育塑型及成体心脏病理改变均有重要作用，作为传递该信号通路核内信号唯一的Co-Smad，核内因子Smad4在此信号通路中具有中心作用。Smad4在成体心脏中敲除会导致心肌肥大及心衰的表型，但胚胎心脏发育中的作用尚无报道。本研究中我们发现Smad4在胚胎发育中期的心脏发育过程中起重要作用，能够调节BMP信号和一系列对心脏发育有调控作用的核心因子。 因为Smad4全身敲除小鼠死于胚胎发育早期，我们利用Cre-Loxp系统，用胚胎心肌细胞特异表达的Cre转基因小鼠介导了Smad4基因在胚胎心肌细胞中的敲除。从胚胎期9.5天(E9.5)开始的Smad4基因敲除导致胚胎死于E12.5～15.5，突变胚胎表现出严重的心脏形态缺陷，包括显著变薄的心壁紧密层，结构紊乱的心小梁区和室间隔缺损(VSD)。极少量超过E15.5的幸存胚胎亦表现出VSD和流出道形态异常。 条件性Smad4敲除导致极为显著的心肌细胞增殖下降，而细胞凋亡没有明显改变。指示心肌细胞分化的一系列肌动力蛋白在Smad4敲除心肌中的表达下调，包括肌球蛋白重链α和β，心室肌球蛋白轻链2，和心肌动蛋白α，提示心肌细胞分化能力的下降。此外，Smad4突变心脏中TGF-β/BMP通路也受到调控，BMP通路的配体中心脏特异性表达的BMP10的表达量和核因子Smad1/5/8的活化程度均升高，提示Smad4和BMP10在心肌细胞发育中某种潜在的负反馈机制。一些心脏发育中关键的转录因子的表达有所降低，包括Nkx2.5，GATA4和MEF2c，这些因子在心脏发育中期对心肌细胞的分化有促进作用，从而其被Smad4引起的下调可能导致了心肌细胞分化的降低。 以上数据从遗传学角度提供了直接证据，证明Smad4基因对调节胚胎期心肌细胞的增殖和分化均具有重要作用，同时也对先天性心脏缺陷可能的原因提供了新的见解。