Cx43敲除小鼠胚胎心脏流出道内第二生心区和心(5)

3 讨论 Discussion

图 9｜不同胚龄Cx43+/+小鼠和Cx43-/-小鼠胚胎心脏动脉端Isl1和Ap2α阳性细胞数比较Figure 9 ｜ Isl1 and Ap2α positive cells in Cx43+/+and Cx43-/-mouse embryos at different embryonic days图注：Cx43+/+小鼠和Cx43-/-小鼠阳性细胞数比较均有显著性意义(aP＜ 0.01)

3.1 Cx43基因敲除小鼠胚胎第二生心区与心脏内Isl1阳性细胞减少 第二生心区参与流出道的发育且受多种信号通路的调节。既然Cx43基因小鼠胚胎心脏畸形限于右心室和流出道的交界处[3，11]，而右心室与流出道的发育与第二生心区密切相关[12-13，20]，因此探讨Cx43基因敲除小鼠胚胎心脏畸形发生原因就需确认第二生心区是否异常。大量研究以及该课题组的实验结果均证实小鼠胚胎第二生心区分布于前肠腹侧间充质、鳃弓核心间充质以及心包腔背侧壁，所含前体细胞部分向心管动脉端迁移和分化，形成流出道及右心室的心肌细胞[12-13，20]，以及主动脉、肺动脉干根部管壁的平滑肌细胞[22-23]。此过程受多种信号通路的调节，包括Nkx2.5，Shh，FGF和BMP等[24-26]。但Cx43是否也参与调节第二生心区尚未阐明。

LIM同源域转录因子Islet-1(Isl1)是第二生心区心肌前体细胞发育和迁移的可靠标记物[23]，Cx43基因敲除小鼠胚胎Isl1标记的第二生心区阳性细胞减少。实验通过观察Isl1在第二生心区和心脏内的表达变化规律，探讨Cx43基因缺失对小鼠胚胎第二生心区分布以及心脏发育的影响。为此首先需确认Isl1阳性细胞是否表达Cx43。免疫荧光双染结果证实前肠腹侧、心包腔背侧壁与流出道远端的部分Isl1阳性细胞同时表达Cx43，说明Cx43参与调控Isl1阳性第二生心区细胞的生长发育。继而观察Cx43基因缺失后小鼠胚胎第二生心区分布以及心脏发育的变化，结果显示Cx43基因敲除后的小鼠胚胎Isl1阳性第二生心区细胞仍然分布于前肠腹侧、心包腔背侧壁及鳃弓核心间充质，并延续至流出道以及主动脉、肺动脉干管壁。由此可见，Cx43缺失时Isl1阳性第二生心区细胞的迁移路径以及分布模式并未发生异常，但第二生心区以及动脉管壁的Isl1阳性细胞数量明显少于野生型小鼠，同时主、肺动脉管壁的α-SMA阳性平滑肌细胞的分化也减少。说明Cx43基因缺失后Isl1阳性第二生心区细胞向胚胎心脏的迁移减少，分布模式并无异常。而Cx43基因缺失导致进入胚胎心脏的第二生心区前体细胞数量减少的原因尚不确定，实验推测原因可能是由于这些前体细胞增殖减少。已知第二生心区前体细胞的增殖可通过Sonic hedgehog(Shh)，WNT，FGF和BMP等转录因子来调节[25，27]。但有关Cx43是否参与这些信号通路对Isl1阳性第二生心区前体细胞的调控尚未明确，作者将在后续工作中进一步研究。

3.2 Cx43基因敲除小鼠Ap2α阳性神经嵴细胞向流出道的迁移减少 研究证实心脏神经嵴细胞具有特定的迁移模式和定位，可迁移到弓动脉壁，部分细胞沿着弓动脉壁经动脉囊迁移进入流出道的心胶质内，部分细胞在动脉囊背侧壁聚集，分别参与形成流出道心内膜垫和主肺动脉隔[14，17，28-29]。迁移的神经嵴细胞表达Cx43[30]。Ap2α是Helix-span-Helix转录因子家族的重要成员，可用于特异性标记迁移中的神经嵴细胞[24]。因此实验观察Ap2α阳性神经嵴细胞的迁移与分布模式，结果显示：Cx43基因敲除后小鼠胚胎仍可见于弓动脉壁以及动脉囊背侧与腹侧壁，但其数量少于野生型小鼠胚胎。说明Cx43基因敲除后Ap2α阳性神经嵴细胞的迁移路径和分布模式未发生异常，只是表现为迁移细胞数量的减少，与以往研究结果一致。有学者证实进入胚胎心脏流出道的神经嵴细胞数量的减少是由于敲除Cx43基因后，vinculin表达下调，心脏神经嵴细胞胞质内的部分张力丝不再能锚定到细胞连接，从而使细胞迁移能力下降[31]。实验还观察到Cx43基因敲除后主、肺动脉可由流出道分隔形成，流出道心内膜垫可形成并融合分隔动脉瓣膜以下的流出道。即流出道的分隔在Cx43基因敲除后仍可进行。由于心内膜垫内的间充质细胞部分来源于神经嵴，部分来源于心内膜[10]，实验推测Cx43基因缺失时，尽管心内膜垫内神经嵴来源细胞减少，但仍存在大量心内膜来源间充质细胞，这些细胞可促使心内膜垫体积不断增大并融合，从而保证流出道的分隔，但确切机制尚需进一步证实。

3.3 小结 总之，以往研究多关注心室心肌缺乏Cx43基因后的异常增生、神经嵴来源细胞缺乏Cx43基因后的分布异常等[7-8]，而实验结果表明Cx43基因缺失不仅导致神经嵴来源细胞减少，第二生心区的Isl1阳性细胞在胚胎心脏流出道的分布同样减少。研究证实第二生心区和心脏神经嵴这两种细胞群可互相调节[16-19]，因此Cx43基因敲除小鼠流出道发育异常可能与两者之间的相互影响有关。实验结果为特异性敲除神经嵴的Cx43基因，胚胎心脏并未发生形态异常提供了可能的解释。然而该研究仅对Cx43基因敲除后的表型进行研究，但基因敲除后导致流出道的畸形的相关分子机制以及信号通路还需进一步探讨，如Cx43是否参与第二生心区前体细胞的调控，Cx43缺乏情况下第二生心区细胞和心脏神经嵴细胞是否存在信号关系共同作用于流出道导致其畸形，从而为Cx43缺乏引起的先天性心脏病提供更多依据。

文章来源：《心脏杂志》 网址: http://www.xzzzzzs.cn/qikandaodu/2021/0128/328.html