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镉（Cadmium,Cd）是一种有毒重金属,对神经嵴发育存在潜在威胁。在胚胎发育过程中,外界刺激对颅神经嵴细胞的干扰可能导致神经管畸形,这将严重影响子代的生理发育及生活质量。然而有关镉暴露对胚胎发育过程中颅面部骨骼发育影响的报道较少,同时对胚胎颅面部神经嵴发育的影响机制仍不明确。种蛋是成熟的受精卵且容易获得,具有可以体外培养、胚胎发育不受外界因素和母源因素干扰等优势,能够更好的反应镉的毒性效应。随着嵌合体移植技术的现世,确定了鸡胚颅面骨骼大部分来源于颅神经嵴细胞。基于以上研究背景,本试验从卵内与细胞两个方面探讨镉暴露对鸡胚颅面部神经嵴发育的细胞生物学及分子生物学机制。卵内试验部分选用300枚海蓝白种蛋随机分为3组（100枚/组）:对照组（Vcon）、受试物溶媒对照组（Con）、镉处理组（1μg/蛋,Cd-treatment）,培养至4Hamburger-Hamilton（HH）期时采用卵黄注射方式分别注射醋酸钠和醋酸镉溶液,继续培养至12HH期取材。统计鸡胚的死亡率和畸形率、观察鸡胚头部形态结构与功能变化、转录组学、检测神经嵴上皮细胞-间质细胞转化（EMT）过程中钙粘蛋白和转录因子的表达、BMP/Wnt信号通路活性、线粒体损伤、内质网应激、线粒体自噬和骨矿化因子的表达水平。细胞试验部分以原代鸡胚颅神经嵴细胞为研究对象,培养基中镉的浓度分别为0μM、2μM、4μM或10μM,培养24 h后检测细胞活性、线粒体膜电位和碱性磷酸酶（ALP）活性等相关指标,进一步验证镉暴露对颅神经嵴细胞发育的影响。随后为了验证BMP/Wnt信号通路在镉致鸡胚颅面部神经嵴发育异常机制中的作用,在培养基中添加BMP4激活剂进行干预染镉试验,检测细胞活性、线粒体膜电位、钙粘附蛋白和转录因子表达、ALP活性、BMP/Wnt信号通路活性和骨矿化因子表达等相关指标。研究结果表明:1)镉暴露导致鸡胚的生长速度减缓,鸡胚体重下降,鸡胚的颅顶骨（PA）凹陷且形状不完整,额骨（FR）发育缺陷等现象。2)镉暴露抑制了鸡胚早期神经嵴细胞迁移标志物Pax7和HNK1的表达,上调了Ecadherin、N-cadherin和Cadherin 6B的表达水平,下调了Vimentin的表达水平,抑制了信号素Sema3a和转录因子Slug、Pax3、MMP7、MMP9的表达,激活了MSX1和FoxD3的表达,最终阻碍了颅神经嵴细胞的迁移。3)镉暴露显著上调了鸡胚早期神经嵴细胞中Caspase3和KI67的表达,这说明镉暴露促进了神经嵴细胞的凋亡,但并未抑制细胞增殖,表明镉暴露对细胞迁移的阻碍并不是通过抑制细胞增殖产生的。4)鸡胚头部组织转录组学结果分析表明镉暴露对鸡胚器官形态发育、系统发育、发育进程以及骨骼系统发育等生物学过程造成了影响,而改变这些过程的因子主要集中在Wnt信号通路中。5)镉暴露抑制了早期鸡胚颅神经嵴中BMP/Wnt信号通路的活性,下调了Wnts、β-catenin、DVL2、C-Myc、BMP2、BMP4、Smad1、Smad4、Smad5、Smad9、p-Smad1/5/8等相关因子的表达,上调了p-β-catenin、GSK-3β、APC的表达,阻碍了颅神经嵴细胞的发育。6)镉暴露抑制了颅神经嵴细胞中骨矿化相关因子（ALP、Runx2、OC3、Col1α-1、Col2α-1）的表达和ALP的活性,表明镉暴露阻止了颅神经嵴细胞向成骨细胞的分化,造成了颅骨形成障碍。7)镉暴露导致颅面神经嵴细胞中线粒体数量减少、线粒体空泡变性,降低了线粒体膜电位和细胞活性,扰乱了线粒体生物发生和动力学稳态;诱导内质网肿胀、断裂,上调了HSPs、GRP78和XBP-1s/XBP-1u的表达,下调了ATF6的表达,造成内质网功能障碍;同时超微结构观察到内质网和线粒体膜融合,且上调了线粒体自噬标志物Beclin1、LC3Ⅱ/LC3Ⅰ和Parkin的表达,表明镉暴露可通过内质网应激（Endoplasmic reticulum stress,ERS）-未折叠蛋白反应（Unfolded protein response,UPR）-自噬依赖途径诱导了颅神经嵴细胞损伤。8)BMP4激活剂的添加下调了颅神经嵴细胞发育过程中钙粘附蛋白（E-cadherin、Ncadherin、Cadherin 6B）、转录因子（MSX1、FoxD3）的表达,上调了Vimentin、转录因子（Slug、Pax3、MMP7、MMP9）、骨矿化因子（ALP、Runx2、OC3、Col1α-1、Col2α-1）的表达以及ALP活性,说明BMP4的过表达可以缓解镉诱导的颅神经嵴细胞毒性。9)BMP4激活剂的添加缓解了镉暴露对BMP和Wnt信号通路活性的抑制,表明BMP4过表达可以缓解镉暴露对成骨细胞形成的抑制,同时也说明BMP和Wnt信号通路在鸡胚颅面骨形成过程中具有协同作用。综上所述,镉暴露扰乱了鸡胚颅神经嵴细胞EMT过程,引起了细胞线粒体损伤和内质网功能障碍,抑制了BMP/Wnt信号通路的活性,导致细胞损伤,最终阻碍了颅神经嵴细胞向成骨细胞的分化。然而细胞中BMP4激活剂的添加减轻了镉暴露对BMP和Wnt信号通路活性的抑制,缓解了镉暴露诱导的颅神经嵴细胞毒性;同时也表明了BMP和Wnt信号通路在颅神经嵴发育过程中具有协同关系。本研究为揭示镉致神经管畸形的机理提供科学依据,为临床上镉暴露导致胎儿颅面畸形的防治提供理论基础。