付夢霞 徐蓮 葉茂青(通訊作者)

（上海瑞金醫(yī)院/上海市高血壓研究所 上海 200025）

1.心臟發(fā)育與先天性心臟病

先天性心臟病是發(fā)病率最高的新生兒先天性發(fā)育缺陷疾病之一，患病率高達1%,可導致兒童嚴重的殘疾和極高的死亡率[1]。對先天性心臟病的防治消耗了大量的公共醫(yī)療資源，是一個重要的全球性健康問題，但是對哺乳動物心臟發(fā)育過程及其相關(guān)分子調(diào)控機制尚未完全闡明。

心臟起源于中胚層前側(cè)板的心臟祖細胞。在小鼠胚胎第6.5天(E6.5)，心臟祖細胞在中胚層前側(cè)板后部形成左右生心區(qū)，隨后左右生心區(qū)融合于胚胎前側(cè)形成新月形生心區(qū)[2]。新月形生心區(qū)在E8.5發(fā)育形成原始心管。心管具有極性，頭部與動脈連接是流出道，尾部與靜脈相連為流入道，隨著發(fā)育過程，心管從頭到尾出現(xiàn)三個膨大，依次為心球、心室和心房。隨后，原始心管經(jīng)過彎曲和旋轉(zhuǎn)，伴隨著心腔的分割與發(fā)育，最終形成了一個有四個腔室的功能完整的心臟。心內(nèi)膜墊是在胚胎發(fā)育過程中，局部心內(nèi)膜細胞被誘導轉(zhuǎn)化為間質(zhì)細胞所形成的復雜結(jié)構(gòu)，心內(nèi)膜墊形成后，通過一系列的細胞增殖、分化、凋亡以及細胞外基質(zhì)重塑過程，參與心腔間隔和心臟瓣膜的構(gòu)建。心臟室間隔與心臟瓣膜的形成及成熟過程涉及了多種細胞間的相互作用，其中心臟神經(jīng)嵴細胞(Cardiac Neural Crest Cell，CNCCs)在此過程中起著重要作用[3]。同時，CNCCs也參與了心臟流出道的形成，在主動脈、肺動脈以及主肺動脈隔的發(fā)育過程中至關(guān)重要。此外，CNCCs在心臟起搏傳導系統(tǒng)的組織形成與功能構(gòu)建過程中也扮演了重要的角色。

2.心臟神經(jīng)嵴細胞

神經(jīng)嵴細胞(Neural Crest Cell，NCCs)起源于外胚層，是一類胚胎時期的干細胞群體。最早在胚胎第8.5天(E8.5)產(chǎn)生于神經(jīng)管的最背側(cè)，具有極強的遷移特性和廣泛的分化潛能，能夠衍生出多種細胞類型。在胚胎發(fā)育過程中，NCCs遷移途徑有三條，（1）經(jīng)顱骨途徑遷移分化為顱面部間充質(zhì)，如面部軟骨及中耳、下頜的骨性結(jié)構(gòu)、顱神經(jīng)、結(jié)締組織、胸腺細胞、成牙質(zhì)細胞等[4]；（2）經(jīng)軀干途徑遷移入體節(jié)的前半部，部分NCCs分化為背根神經(jīng)節(jié)以及感覺神經(jīng)，部分NCCs穿出體節(jié)分化為軀體交感神經(jīng)節(jié)、腎上腺髓質(zhì)、主動脈神經(jīng)叢、迷走神經(jīng)和腸的副交感神經(jīng)節(jié)，其中的一部分NCCs則分化為黑色素細胞；（3）部分NCCs可經(jīng)腹側(cè)途徑遷移進心臟流出道，參與心臟的發(fā)育過程，我們稱之為心臟神經(jīng)嵴細胞(CNCCs)。NCCs發(fā)育缺陷可導致先天性心臟病以及多種先天性發(fā)育缺陷疾病，如顱面部及四肢骨骼畸形，顎面心綜合征（患者表現(xiàn)為唇裂、下頜及耳發(fā)育不良、心血管缺陷等），希爾施普龍?。ㄓ捎谀┥医Y(jié)腸的腸內(nèi)神經(jīng)系統(tǒng)缺失導致巨結(jié)腸）以及眼前節(jié)發(fā)育不良[4]等。

CNCCs是心臟發(fā)育所必需的，該細胞群起源于耳部水平到第4體節(jié)前部區(qū)域神經(jīng)嵴[4],CNCCs從神經(jīng)管背側(cè)遷移到第三、四和第六咽弓，其中一部分則繼續(xù)遷移進入心臟流出道，參與了心臟流出道的形成并構(gòu)成主肺動脈隔,形成主動脈弓的內(nèi)皮層和大動脈的血管平滑肌層。CNCCs的一個亞群繼續(xù)遷移到心臟流出道的心內(nèi)膜墊并發(fā)育成升主動脈和肺動脈瓣膜，并參與了心室間隔的發(fā)育,小部分可分化為心肌[5]。CNCCs還參與心臟起搏傳導系統(tǒng)的發(fā)育：一部分CNCCs遷移進竇房結(jié)、房室結(jié)、希氏束以及各束支起始部，參與房室傳導系統(tǒng)的發(fā)育[6]。在人體以及動物模型中，CNCCs的發(fā)育缺陷將影響心臟流出道、大血管和心房、心室間隔的形成，導致先天性心臟病的發(fā)生。

3.參與調(diào)控心臟神經(jīng)嵴細胞發(fā)育的相關(guān)信號通路

NCCs作為一個特殊的干細胞群,表達了一些特征性的基因 , 如 Islet1、cKit、Wnt、PAX3、PAX7、TWIST1、Ets、MSX2、HAND2、SOX10和FOXD3等,其中Wnt1和SOX10作為NCCs的標志基因，常用于對CNCCs的標記和研究。CNCCs的誘導和遷移需要一系列特定受體和信號分子的相互作用,包括Notch、Wnt、BMP、FGF、NPR等，這些信號因子激活一系列轉(zhuǎn)錄因子的表達,如編碼的 HIF、Snail/Slug、tfAP2、Twist、Ets、Foxd3、SoxE等基因,調(diào)控了CNCCs的增殖、遷移和分化。其中Notch、Wnt/catenin和TGF-β/BMP信號通路對CNCCs的分化發(fā)育最為重要。

Notch：Notch是膜受體蛋白,Notch信號通路廣泛參與調(diào)控了細胞命運、分化、增殖和凋亡。在小鼠NCCs敲除Notch會導致小鼠心臟流出道發(fā)育缺陷以及肺動脈狹窄、室間隔缺損和主動脈弓動脈形成缺陷。進一步研究表明,Notch在CNCCs分化成平滑肌細胞的過程中起關(guān)鍵作用[7]。

Wnt：Wnt信號通路參與決定細胞命運以及調(diào)控胚胎的發(fā)育過程。經(jīng)典的Wnt信號通路包括Wnt蛋白、Wnt受體、Dsh/Dvl蛋白、β-Catenin及TCF/LEF家族轉(zhuǎn)錄因子。在NCCs中表達的Wnt蛋白有Wnt1、3、3a等，Wnt3a信號通路異常所引起的NCCs缺陷會導致心臟和咽弓發(fā)育缺陷。Wnt信號通路的下游效應因子Axud1也在心內(nèi)膜墊發(fā)育過程中表達,激活轉(zhuǎn)錄干細胞因子FoxD3促進心內(nèi)膜墊的發(fā)育和分化[8]。

BMP：骨形成蛋白（BMP）除BMP-1外其余均屬于轉(zhuǎn)化生長因子-β（TGF-β）超家族, BMP信號通路參與CNCCs的細胞命運決定。BMP信號通路在心臟生心區(qū)形成時就被激活,敲除BMP拮抗劑—Noggin基因的老鼠，可以觀察到由于CNCCs增多所致的心內(nèi)膜墊增生[9]。

ETS：轉(zhuǎn)錄因子ETS家族有近30個成員，因具有保守的DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域—“Ets”結(jié)構(gòu)域而命名。ETS廣泛表達于各個組織器官中，我們課題組的研究顯示ETS-1在小鼠心臟發(fā)育過程中發(fā)揮了極其重要的作用：ETS-1在小鼠體內(nèi)的缺失可導致心室間隔缺損，部分心肌細胞軟骨化等發(fā)育缺陷。我們的臨床研究也表明ETS-1缺失和人類先天性心臟病的發(fā)病密切相關(guān)。進一步研究發(fā)現(xiàn)ETS-1對心臟發(fā)育的影響是通過對CNCCs的調(diào)控來實現(xiàn)的[10]，其具體分子機制仍有待探索。

Rho/Rock：小GTP結(jié)合蛋白Rho是Rho家族成員之一，Rho激酶ROCK為Rho下游的效應因子,Rho/ROCK通路在細胞遷移和增殖過程中發(fā)揮了重要作用，參與調(diào)節(jié)了內(nèi)皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)換過程。Rock信號也為心臟流出道的正常發(fā)育所需,Rock敲除小鼠表現(xiàn)為二葉式主動脈瓣和動脈壁異常[11]。

FGF：成纖維細胞生長因子蛋白是FGF家族成員，F(xiàn)GF家族包含有與酪氨酸激酶FGF受體結(jié)合的分泌蛋白和胞內(nèi)非信號蛋白。FGF8是一個對于咽弓發(fā)育極為重要的蛋白分子。抑制FGF的表達可影響斑馬魚的心臟發(fā)育。FGF1受體（Fgfr1）表達下降的NCCs遷移能力下降,最終凋亡。敲除Fgfr1/Fgfr2可影響心臟內(nèi)皮-間質(zhì)的轉(zhuǎn)換過程，還會影響NCCs分化為平滑肌細胞[12]。

4.結(jié)語

CNCCs參與了心臟發(fā)育，在流出道大血管形成、心室間隔以及心臟起搏傳導系統(tǒng)發(fā)育過程中都發(fā)揮了極其重要的作用。NCCs的發(fā)育異常將導致嚴重的先天性心臟病。CNCCs參與心臟發(fā)育的過程由復雜的信號通路調(diào)控,但目前對CNCCs在心血管系統(tǒng)發(fā)育過程中的作用及其調(diào)控機制的認識依然十分有限。全面闡明CNCCs在心血管系統(tǒng)發(fā)育過程中的作用及其調(diào)控機制將有助于加深對先天性心臟病發(fā)病機制的理解，為人類先天性心臟病的早期篩查、預防和預后判斷提供重要的理論依據(jù)。

【參考文獻】

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