【摘要】：有效體循環(huán)和肺循環(huán)的建立有賴于心臟腔室正常的形態(tài)發(fā)生和分隔。已知在原始心管形成后,第二生心區(qū)的心臟前體細(xì)胞通過心背系膜遷移入心臟,參與形成流出道、右心室、部分心房和房間隔(含背側(cè)間充質(zhì)突),并且聚集于主動(dòng)脈干和肺動(dòng)脈干。轉(zhuǎn)基因或基因敲除小鼠胚胎的研究表明：條件性敲除前腸內(nèi)胚層的某些相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子或者信號(hào)分子導(dǎo)致流出道分隔畸形。提示前腸內(nèi)胚層在流出道和第二生心區(qū)的正常發(fā)育調(diào)節(jié)中扮演重要角色。目前有關(guān)前腸內(nèi)胚層與心臟發(fā)育關(guān)系的研究主要限于對(duì)兩棲類、雞胚的體外觀察及對(duì)敲除內(nèi)胚層相關(guān)基因小鼠的觀察,對(duì)正常小鼠前腸內(nèi)胚層發(fā)育與心發(fā)生的形態(tài)學(xué)關(guān)系及機(jī)制鮮見被報(bào)道。Sonic hedgehog (SHH)信號(hào)通路參與心血管系統(tǒng)多個(gè)器官的發(fā)育和分化調(diào)控。SHH信號(hào)分子必須與其受體結(jié)合才能發(fā)揮生物學(xué)效應(yīng)。研究表明前腸內(nèi)胚層是SHH信號(hào)分子源之一。在心臟前體細(xì)胞分化過程中,條件性敲除前腸內(nèi)胚層細(xì)胞的SHH基因?qū)е鲁霈F(xiàn)流出道畸形如永存動(dòng)脈干、大動(dòng)脈轉(zhuǎn)位等,以及心房和房室分隔的異常。然而SHH信號(hào)通路成員在前腸內(nèi)胚層發(fā)育中的表達(dá)特點(diǎn),及與第二生心區(qū)和流出道發(fā)育的形態(tài)學(xué)關(guān)系鮮見被描述。為了深入了解前腸內(nèi)胚層細(xì)胞與周圍Islet-1(Isl-1)陽性的第二生心區(qū)細(xì)胞間相互作用的機(jī)制,我們觀察了小鼠胚胎心臟流出道正常發(fā)育過程中,喉-氣管溝(前腸內(nèi)胚層來源)與第二生心區(qū)發(fā)育的形態(tài)學(xué)關(guān)系,以及SHH信號(hào)通路主要受體Patchedl (Ptcl)、Patched2(Ptc2)和Smoothened (Smo)在上述結(jié)構(gòu)發(fā)育中的表達(dá)模式。結(jié)果顯示一個(gè)位于前腸腹側(cè)的Isl-1陽性細(xì)胞區(qū)與呼吸內(nèi)胚層(喉-氣管溝)的發(fā)育緊密耦連,并且Isl-1陽性細(xì)胞圍繞發(fā)育中的喉-氣管溝形成獨(dú)特的分布模式。我們把圍繞喉-氣管溝發(fā)育的前腸腹側(cè)Isl-1陽性細(xì)胞區(qū)簡(jiǎn)稱為呼吸內(nèi)胚層相關(guān)Isl-1陽性細(xì)胞區(qū)(Pulmonary endoderm-associated Isl-1positive field, PE-Isl-1F)。多項(xiàng)研究已經(jīng)證實(shí)：前腸腹側(cè)的Isl-1陽性間充質(zhì)參與心臟形態(tài)發(fā)生,是第二生心區(qū)細(xì)胞的亞群。因此PE-Isl-1F應(yīng)當(dāng)屬于第二生心區(qū)。在PE-Isl-1F發(fā)育過程中,SHH信號(hào)受體Ptcl和Ptc2僅表達(dá)于發(fā)育中的呼吸內(nèi)胚層=PE-Isl-1F與發(fā)育中喉-氣管溝位置上的接近性可能是PE-Isl-1F心前體細(xì)胞向心譜系細(xì)胞分化所必需的。PE-Isl-1F的Is1-1陽性細(xì)胞除了參與心包內(nèi)主動(dòng)脈和肺動(dòng)脈干側(cè)壁的形成,還突入動(dòng)脈囊腔內(nèi),與流出道心內(nèi)膜墊遠(yuǎn)側(cè)端融合,形成暫時(shí)性的主-肺動(dòng)脈隔。我們的研究結(jié)果為內(nèi)胚層與第二生心區(qū)的相互作用提供了形態(tài)學(xué)上的證據(jù),也支持了Hoffmann et al關(guān)于呼吸內(nèi)胚層誘導(dǎo)有效體循環(huán)和肺循環(huán)建立所需心臟結(jié)構(gòu)形成的假設(shè)。 第一部分呼吸內(nèi)胚層與呼吸內(nèi)胚層相關(guān)第二生心區(qū)的發(fā)育耦聯(lián) 背景與目的：原始心管形成后,被Is1-1標(biāo)記的第二生心區(qū)心前體細(xì)胞向流出道和右心室遷移,參與心臟動(dòng)脈端形成。條件性敲除前腸內(nèi)胚層的某些相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子或者信號(hào)分子導(dǎo)致流出道畸形,提示前腸內(nèi)胚層在流出道和第二生心區(qū)的正常發(fā)育調(diào)節(jié)中扮演重要角色。為了深入了解該類流出道畸形發(fā)生的機(jī)制,我們觀察了正常小鼠胚胎心臟流出道發(fā)育過程中,喉-氣管溝(前腸內(nèi)胚層分化而成)與周圍第二生心區(qū)Is1-1陽性間充質(zhì)細(xì)胞發(fā)育的形態(tài)學(xué)關(guān)系。 研究方法：分別用Isl-1標(biāo)記第二生心區(qū)細(xì)胞、Foxa2標(biāo)記內(nèi)胚層細(xì)胞、Laminin標(biāo)記基膜、E-cadherin標(biāo)記上皮極性、MHC標(biāo)記心肌細(xì)胞和α-SMA標(biāo)記平滑肌細(xì)胞,對(duì)胚胎發(fā)育第9-13天鼠胚標(biāo)本連續(xù)切片進(jìn)行免疫組化染色或者熒光免疫雙標(biāo)染色。 研究結(jié)果：胚胎發(fā)育第9天,前腸腹側(cè)壁Is1-1陽性的內(nèi)胚層局部增厚,提示呼吸內(nèi)胚層分化開始。胚胎發(fā)育第9.5天,喉-氣管溝發(fā)育一經(jīng)開始,Isl-1陽性細(xì)胞就開始出現(xiàn)在喉-氣管溝內(nèi)胚層周圍的基質(zhì),我們稱之為呼吸內(nèi)胚層相關(guān)Is1-1陽性細(xì)胞區(qū)(PE-Isl-1F)。胚胎發(fā)育第10-12天,隨著喉-氣管溝向動(dòng)脈囊背側(cè)壁方向生長延伸,PE-Isl-1F的Isl-1陽性細(xì)胞的數(shù)量增多,Is1-1陽性細(xì)胞緊緊圍繞呼吸內(nèi)胚層呈特征性錐體形結(jié)構(gòu)發(fā)布,其寬的底邊緊貼前腸底壁；腹側(cè)端突入動(dòng)脈囊腔。喉-氣管溝發(fā)育過程中,從胚胎發(fā)育第10.5天到第12天在喉-氣管溝末端總能看到一條實(shí)心內(nèi)胚層細(xì)胞索。喉-氣管溝及其實(shí)心細(xì)胞索的呼吸內(nèi)胚層位于PE-Isl-1F的Isl-1陽性錐體形結(jié)構(gòu)的中心。在喉-氣管溝和PE-Isl-1F發(fā)育過程中,尤其在胚胎發(fā)育第11天,某些部位的內(nèi)胚層基膜模糊不清或者中斷,同時(shí)伴有一些呼吸內(nèi)胚層細(xì)胞失去Foxa2表達(dá)和上皮極性。胚胎發(fā)育第13天,流出道水平的前腸完成分隔、形成氣管,內(nèi)胚層細(xì)胞索消失,PE-Isl-1F的Isl-1表達(dá)強(qiáng)度減弱。 研究結(jié)論：1.呼吸內(nèi)胚層的分化發(fā)育與PE-Isl-1F的Isl-1陽性間充質(zhì)細(xì)胞的發(fā)育聚集密切耦聯(lián)。2.呼吸內(nèi)胚層誘導(dǎo)PE-Isl-1F形成獨(dú)特的分布模式。3.上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化與呼吸內(nèi)胚層和PE-Isl-1F耦聯(lián)發(fā)育有關(guān)。 第二部分SHH受體在呼吸內(nèi)胚層和呼吸內(nèi)胚層相關(guān)第二生心區(qū)的獨(dú)特表達(dá) 背景與目的：前腸內(nèi)胚層是SHH信號(hào)分子源之一�；蛳诨蚪M織特異性敲除內(nèi)胚層SHH基因或Smo基因?qū)е露喾N鼠胚流出道發(fā)育畸形,但此類流出道畸形產(chǎn)生的原因和機(jī)制并未完全闡明。已知在原始心管形成后,第二生心區(qū)的心臟前體細(xì)胞通過心背系膜遷移入心臟,參與形成流出道和右心室。為了明確SHH信號(hào)通路、前腸內(nèi)胚層和第二生心區(qū)在胚胎心臟發(fā)育中的形態(tài)學(xué)關(guān)系,我們觀察了SHH受體Ptc1、Ptc2和Smo在呼吸內(nèi)胚層和PE-Isl-1F發(fā)育過程中的表達(dá)模式。 研究方法：對(duì)胚胎發(fā)育第9-13天鼠胚標(biāo)本連續(xù)切片進(jìn)行Ptc1/Isl-1、Ptc2/Isl-1和Smo/Isl-1的熒光免疫雙標(biāo)染色。 研究結(jié)果：胚胎發(fā)育第9天,Ptc1和Ptc2開始僅表達(dá)于呼吸內(nèi)胚層。隨著呼吸內(nèi)胚層向腹側(cè)生長形成喉-氣管溝,較強(qiáng)的Ptc1和Ptc2主要局限于喉-氣管溝的內(nèi)胚層表達(dá)直到胚胎發(fā)育第12天。從胚胎發(fā)育第9天到第13天,Smo在胚胎各胚層均廣泛表達(dá)。呼吸內(nèi)胚層周圍的PE-Isl-1F間充質(zhì)同時(shí)表達(dá)Isl-1和Smo。 研究結(jié)論：1.SHH信號(hào)通路以自分泌或旁分泌模式參與呼吸內(nèi)胚層發(fā)育和喉-氣管溝及實(shí)心細(xì)胞索的形成。2.SHH信號(hào)通路與呼吸內(nèi)胚層周圍PE-Isl-1F形成有關(guān)。 第三部分呼吸內(nèi)胚層相關(guān)第二生心區(qū)與小鼠胚胎心臟流出道遠(yuǎn)端的形態(tài)發(fā)生 背景與目的：目前流出道遠(yuǎn)端的形態(tài)發(fā)生和分隔仍存爭(zhēng)議。已知原始心管形成后,第二生心區(qū)向流出道添加心肌細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞,參與流出道發(fā)育。在該部分,我們觀察了小鼠胚胎心臟流出道正常發(fā)育過程中,呼吸內(nèi)胚層相關(guān)Isl-1陽性細(xì)胞區(qū)(PE-Isl-1F)與心包內(nèi)動(dòng)脈干形態(tài)發(fā)生的關(guān)系。 研究方法：分別用Isl-1標(biāo)記第二生心區(qū)細(xì)胞、MHC標(biāo)記心肌細(xì)胞和α-SMA標(biāo)記平滑肌細(xì)胞,對(duì)胚胎發(fā)育第9-13天鼠胚標(biāo)本連續(xù)切片進(jìn)行免疫組化染色或者熒光免疫雙標(biāo)染色。 研究結(jié)果：從胚胎發(fā)育第10天起,圍繞喉-氣管溝發(fā)育的PE-Isl-1F腹側(cè)末端突入動(dòng)脈囊,形成明顯的“突起”結(jié)構(gòu)。胚胎發(fā)育第11.5天,盡管動(dòng)脈囊和流出道尚未分隔,但分別在第四弓動(dòng)脈和第六弓動(dòng)脈水平可見PE-Isl-1F延伸入流出道頭端壁和尾端壁,形成流出道遠(yuǎn)端管壁上的Isl-1陽性細(xì)胞團(tuán),向未來的心包內(nèi)主動(dòng)脈和肺動(dòng)脈干側(cè)壁分化。胚胎發(fā)育第12天,PE-Isl-1F末端“突起”逐漸失去Isl-1表達(dá),獲得較強(qiáng)α-SMA表達(dá)。爾后α-SMA陽性的PE-Isl-1F“突起”與α-SMA陽性的流出道遠(yuǎn)端融合,形成暫時(shí)性的主-肺動(dòng)脈隔,將動(dòng)脈囊分隔為心包內(nèi)主動(dòng)脈和肺動(dòng)脈。胚胎發(fā)育第13天,心包內(nèi)主動(dòng)脈和肺動(dòng)脈管壁出現(xiàn)α-SMA陽性平滑肌層,兩者間的主-肺動(dòng)脈隔消失。 研究結(jié)論：呼吸內(nèi)胚層相關(guān)第二生心區(qū)參與心包內(nèi)大動(dòng)脈的形態(tài)發(fā)生和分隔。
【學(xué)位授予單位】：山西醫(yī)科大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：R321

【共引文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2790998