与神经管畸形相关的基因学研究进展

神经管畸形（neural tube defects,NTDs）是指由于在胚胎发育过程中,神经管闭合不全所引起的一组出生缺陷,包括无脑儿、脊柱裂、脑积水、脑或脑脊膜膨出等,其危害极大,严重影响患儿的生理发育和生活质量,给家庭和社会带来沉重的精神压力和经济负担。大多数研究认为神经管畸形是多因素多基因的遗传疾病,是遗传、环境、营养因素共同作用、交互影响的结果,目前还不能用一种单一原因解释该疾病的发生。本文主要从导致神经管畸形发生的叶酸代谢酶基因多态性、神经管形态学方面的相关基因研究等做一综述。     

Vangl2及其相关基因与神经管畸形的关系

神经管畸形(neural tube defect,NTD)是指在胚胎发育过程中,神经管不闭合或闭合不全引起的一种出生缺陷,包括无脑儿、脊柱裂、脑膨出等,给家庭和社会带来很大的精神压力和经济负担。NTD是多因素疾病,一般认为是由遗传和环境因素共同作用的结果。之前研究主要集中于叶酸和叶酸代谢通路,近年来,模式动物研究表明平面细胞极化(planar cell polarity,PCP)信号通路对介导神经管闭合期间的汇聚延伸(convergent extension,CE)过程起着重要作用。本文将对PCP信号通路核心基因Vangl2及其相关基因对在NTD发生中所起的作用进行综述,揭示Vangl2在NTD研究中的重要意义。     

神经管畸形的表观遗传学研究进展

神经管畸形(neural tube defects,NTDs)是胚胎在早期发育过程中,由于神经管闭合不全或障碍引起的一组以脑和(或)脊髓发育异常为主的先天畸形。目前,对于神经管畸形的发病机制和病因没有明确的定论。很多因素参与神经管畸形的发生,主要涉及遗传、环境、以及二者的相互作用。遗传因素的研究主要着重于寻找神经管畸形的致病基因并进行基因功能缺陷研究,但是神经管畸形是多因素参与的结果,基因功能缺陷研究并不能完全解释其发病机制。基于目前的研究现状,近年来,环境因素通过调控表观遗传的修饰进而参与调节NTDs发生相关基因表达的研究逐渐受到重视。     

同型半胱氨酸与神经管畸形的相关病因学研究进展

神经管畸形(neural tube defects,NTDs)是一种最常见的严重中枢神经系统先天性畸形,在世界各地均有发生。它是造成流产、死产的主要原因之一,即便胎儿存活,也严重影响患儿的生长发育和生活质量,同时给家庭和社会带来沉重的精神压力和经济负担。神经管畸形的发生绝大多数是由遗传因素与环境因素相互作用的结果,若孕妇在孕早期缺乏叶酸、高热、接触射线、服用药物、感染或发生妊娠期糖尿病等条件下,结合遗传因素作用,均有可能导致神经管畸形的发生,但其目前其的确切病因及其发病机制仍有待深入研究。大量研究表明,在孕妇血清中低叶酸、低维生素B12水平及高血浆同型半胱氨酸(Hcy)水平,都与NTDs的发生密切相关。本文主要围绕同型半胱氨酸的代谢,从分子水平和基因水平对与神经管畸形相关的各因素做一综述。     

组蛋白去甲基化酶KDM5A调控H3K4me3参与神经管畸形发生的分子机制

神经管畸形(NTDs)的病因与防治是出生缺陷领域研究的重点,叶酸可以预防神经管畸形但其机制不明。本文借助低叶酸细胞模型和低叶酸NTDs小鼠模型通过染色质免疫共沉淀、Cut&Tag等技术,探讨了组蛋白去甲基化酶lysine demethylase 5A(KDM5A)及其调控的下游组蛋白H3K4me3修饰在叶酸缺乏导致的NTDs发生中的潜在分子机制。结果显示,低叶酸的细胞模型中,qRT-PCR、Western印迹结果显示,KDM5A分子表达明显下降(P<0.05)。作为组蛋白H3K4me3调控的上游关键酶,进一步通过染色质免疫共沉淀ChIP、ChIP-qPCR实验证实,叶酸缺乏下组蛋白H3K4me3在神经发育基因Axin2和Atoh1基因启动子区富集增加(P<0.05)。通过构建KDM5A基因敲除细胞模型,借助Cut&Tag试验证实,KDM5A基因敲除后H3K4me3主要富集在神经发育基因上。最后在低叶酸导致的NTDs小鼠模型的脑组织中,RT-qPCR、Western印迹以及ChIP-qPCR实验显示,E9.5 d的NTDs胎鼠脑组织中KDM5A表达下降(P&l...     

神经管闭合的新见解：叶酸不应答型神经管畸形（英文）

神经管畸形(neural tube defects, NTDs)是一种常见的、严重且复杂的先天性畸形,是遗传、营养和环境因素相互作用的结果。母体妊娠期补充叶酸(folic acid, FA)已被证明是一种非常有效的策略,常用于部分NTDs的初级预防。然而,仍有一部分NTDs病例对FA治疗具有抵抗性,称为“FA不应答型NTDs”或“FA抵抗型NTDs”。FA不应答型NTDs的病因复杂,涉及遗传、营养、环境及母体相关因素。本文综述了叶酸不应答型NTDs的相关遗传、营养、环境及母体等风险因素,并揭示了其致病机制的研究进展。其中,遗传因素主要从小鼠突变体及品系、叶酸一碳代谢基因、关键凋亡基因三方面展开阐述,为该类患儿的产前诊断提供了可能的遗传检测位点。营养因素方面,本文主要聚焦目前已报道的肌醇和蛋氨酸,解释其对该种疾病潜在的干预机制,为NTDs患者早期营养干预提供新方向。此外,本文还探讨了叶酸一碳代谢中的辅助因子-维生素B12参与叶酸不应答型NTDs发生的可能机制,增加叶酸联合其他维生素治疗出生缺陷的可能性。最后,本文还综述了环境因素和母体因素在叶酸不应答型NTDs中的研究进展,为高危人群提供...     

ERK1/2在高温致神经管畸形神经上皮细胞中的表达变化

目的 探讨高温致神经管畸形(NTDs)作用的分子机制,为防治NTDs的发生提供理论依据.方法 在高温致金黄地鼠NTDs模型的基础上,应用免疫荧光染色技术,观察NTDs发生过程中p-ERK1/2在鼠胚神经上皮细胞中的表达变化.结果 对照组和实验组孕鼠在高温水浴处理后16、24h,p-ERK1/2免疫阳性产物分布于鼠胚神经上皮细胞和周围间充质细胞的胞浆中;水浴后36、60h,p-ERK1/2表达部位出现了由细胞浆向细胞核的转移;高温处理后,p-ERK1/2在实验组各期胚胎神经上皮细胞内的表达均比对照组减弱.结论 ERK1/2参与胚胎神经管的发育过程,其表达降低在高温致神经管畸形的发生中起重要作用.     

血小板源性生长因子受体α与高温致神经管畸形发生关系的研究

目的探讨PDGFR-α在高温致神经管畸形(NTDs)中的作用.方法在高温致神经管畸形动物模型上,采用免疫组织化学和图像分析技术,研究血小板源性生长因子受体α(PDGFR-α)在发育不同阶段的神经上皮中的表达,并观察高温对其表达的影响.结果在正常对照组,PDGFR-α广泛分布于神经管及其周围组织中;在高温致畸组,神经上皮中PDGFR-α的表达明显减弱,甚至不表达.结论 PDGFR-α的表达与神经管正常发育密切相关,其表达的减少可能是高温致NTDs机制中的重要环节.     

碱基切除修复基因Lig3对小鼠胚胎神经发育的影响

摘要 目的：DNA连接酶III（DNA ligase III, Lig3）基因是碱基切除修复通路中的关键基因,在胚胎发育过程中发挥重要作用,通过研究Lig3基因在叶酸代谢障碍状态下的表达情况,探讨其对小鼠胚胎神经发育的影响。方法：采用无特定病原体（specific pathogen free, SPF）级C57BL/6J成年小鼠（8-9周,18-20 g）,雌雄1:1合笼,孕鼠随机分为实验组和对照组,孕7.5天实验组腹腔注射4.5 mg/kg体重甲氨蝶呤（Methotrexate, MTX,二氢叶酸还原酶抑制剂）诱导产生叶酸代谢障碍的小鼠神经管畸形（neural tube defects, NTDs）模型,对照组腹腔注射等体积的生理盐水。孕10.5天体视显微镜下观察胎鼠的发育情况。同时利用200 nM的MTX建立叶酸代谢障碍的小鼠神经干细胞模型。在模型建立成功的基础上,应用实时荧光定量聚合酶链反应(Real time quantitative PCR,RT-qPCR)及免疫印迹（Western blot）等方法研究碱基切除修复通路相关基因Lig3的表达水平。结果：4.5 mg/kg 体重MTX处理孕鼠后胎鼠NTDs的发生率为31.1%（19/61）,而正常对照组未见胎鼠NTDs的发生。在体视显微镜下可见NTDs胎鼠神经管未闭合,而正常胎鼠发育完好。RT-qPCR检测发现叶酸代谢障碍小鼠NTDs 胚胎神经组织中Lig3 mRNA的表达水平明显低于对照组（P<0.05）。Western blot检测发现,与对照组相比,叶酸代谢障碍NTDs胎鼠神经组织中Lig3蛋白水平明显降低（P<0.05）。同时,在MTX处理的神经干细胞中,Lig3的表达水平明显低于对照组（P<0.05）。对凋亡相关蛋白Cleaved caspase-3进行检测发现MTX处理后的NTDs胎鼠神经组织及细胞模型中其表达均明显增加,表明细胞凋亡增加。结论：在叶酸代谢障碍前提下,Lig3表达降低,DNA修复功能减弱,细胞凋亡增加,导致NTDs的发生,为NTDs及出生缺陷的防控提供新思路。     

MTX诱导神经管畸形动物模型的建立

目的:通过二氢叶酸还原酶(DHFR)竞争性抑制剂甲氨蝶呤(MTX)建立叶酸缺乏的神经管畸形(NTDs)动物模型。方法:本研究用孕7.5天C57BL/6J小鼠,采用腹腔注射(ip)不同剂量的MTX建立叶酸代谢障碍的小鼠NTDs模型,LC/MS/MS及酶学方法检测胚胎组织中叶酸相关代谢产物水平及DHFR活性。结果:最佳的致畸剂量为,MTX 4.5 mg/kg,其NTDs发生率最高为31.4%。畸形的胎鼠表型多数为后脑泡未闭,且其身长(4.21±0.76),体重(9.49±3.48)均明显低于对照组(6.32±0.56;22.76±3.23)(P0.05;P0.05)。MTX实验组的胚胎组织中DHFR的活性较对照组显著降低(P0.05),5-MeTHF和5-FoTHF的浓度和对照组相比也明显降低(P0.05)。结论:本研究成功的建立了叶酸缺乏的神经管畸形动物模型。     

维甲酸致小鼠胚胎畸形发生过程中维甲酸受体α/β及β-catenin和caspase-3基因的表达变化

流行病学研究显示,在胚胎发育过程中摄入过多维甲酸可致各种发育缺陷,其中神经管畸形最为常见. 因此有必要探明维甲酸致各种发育缺陷的发生机制,以便为各种生长缺陷的预防和治疗提供实验依据. 用 RT-PCR 及蛋白质印迹技术,探测了过量维甲酸对昆明小鼠胚胎神经管中维甲酸受体α/β及β-catenin 和 caspase-3 基因表达的调整. 结果显示,在神经管闭合期过量维甲酸显著降低了维甲酸受体α/β及β-catenin 和 caspase-3 的基因表达,神经管闭合后,维甲酸受体β、β-catenin 及 caspase-3 的基因表达又出现了一个明显的回升过程. 提示,过量维甲酸改变了昆明小鼠胚胎神经管中维甲酸受体α/β及β-catenin 和 caspase-3 基因的正常时间表达模式,这种异常的基因表达模式可能参与了维甲酸致昆明小鼠胚胎畸形的发生机制.     

转化生长因子beta在热应激导致小鼠神经管畸形发生中的表达

本研究旨在探讨热应激致神经管畸形（NTDs）中转化生长因子beta（TGF-beta）的表达情况。选用昆明小鼠40只,实验组20只小鼠于妊娠后8．5天（E8．5）在42℃温箱中喂养30分钟,进行热应激处理,建立小鼠胚胎NTDs模型。对照组不处理。11．5d取胎鼠,通过体视显微镜和组织学切片观察实验组和对照组神经管发育情况,计算神经管畸形发生率;     

组蛋白 H3K79同型半胱氨酸修饰位点在神经管畸形中的作用

目的:探讨人类胚胎脑组织中是否存在H3K79同型半胱氨酸修饰(H3K79Hcy)及其在神经管畸形(NTDs)中的作用。方法:通过质谱检测组蛋白H3K79是否存在同型半胱氨酸修饰位点。进一步合成包含组蛋白H3K79位点的同型半胱氨酸(Hcy)修饰的肽段,并与牛血清白蛋白(BSA)偶联后免疫兔子得到抗组蛋白H3K79Hcy多克隆抗体,并对抗体进行特异性检测;采用此抗H3K79Hcy抗体比较人类高Hcy NTDs样本和正常对照样本的H3K79Hcy水平。结果:(1)人胚胎组织组蛋白H3K79位点存在同型半胱氨酸修饰;(2)高Hcy水平NTDs脑组织中H3K79Hcy修饰水平高于正常对照(P0.05)。结论:人胚胎组织存在H3K79Hcy修饰,此修饰异常可能促进神经管畸形的发生。     

机械阻断神经管的闭合影响爪蟾神经管辐射状切入及神经嵴细胞定向迁移(英文)

神经管闭合缺陷 (NTDs)是一种严重的先天畸形疾病,在新生儿中有千分之一的发病率。神经管融合前后,多种组织参与形态发生运动。神经管一经融合,神经嵴细胞就会向背侧中线方向产生单极突出并向此方向迁移形成神经管的顶部。与此同时,神经管从腹侧开始发生辐射状切入以实现单层化。在此,我们在非洲爪蟾的移植体中机械阻断神经管的闭合以检测其细胞运动及随后的图式形成。结果显示神经管闭合缺陷的移植体不能形成单层化的神经管,并且神经嵴细胞滞留在侧面区域不能向背侧中线迁移,而对神经前体标记基因的检测显示神经管的背腹图式形成并未受到影响。以上结果表明神经管的融合对于辐射状切入和神经嵴细胞向背侧中线方向的迁移过程是必需的,而对于神经管的沿背腹轴方向的图式形成是非必需的。     

DNMT1错义突变与神经管畸形易感性的相关性研究

DNMT1(DNA(cytosine-5)-methyltransferase 1)在神经管的闭合过程中发挥重要作用,已有研究表明,DNMT1敲除的小鼠会出现神经管畸形(neural tube defects,NTDs)的表型.为了进一步探索DNMT1基因错义突变与神经管畸形发生的相关性,本研究对来自中国汉族人群的101例神经管畸形患者血液样本和171例正常对照血液样本中提取的基因组DNA进行了全基因组测序.在这些病例的DNM T1基因上一共检测到了5个病例特有的错义突变,其中c.2626G＞A和c.4381C＞T突变在不同物种间高度保守,并且c.4381C＞T突变在公共数据库中没有记录.蛋白免疫印迹实验显示c.290A＞G,c.358G＞C,c.410C＞G,c.2626G＞A和c.4381C＞T这5个突变都使DNMT1蛋白表达量下调.免疫荧光实验显示这5个突变不影响DNMT1蛋白的核定位.我们的研究表明病例样本中DNMT1上鉴定到的5个病例特有的错义突变可能通过下调DNMT1的蛋白表达量而导致神经管畸形的发生.     

还原叶酸载体基因（RFC1）与神经管和颅面畸形病因学关系的研究进展

神经管畸形和颅面畸形是最常见的出生缺陷,由遗传和环境因素共同作用所致,大规模的人群流行病学研究已证实,叶酸能降低发生这类畸形的危险。叶酸缺乏是神经管和颅面畸形发生的主要环境因素,但其机制尚不清楚,通过对与叶酸代谢有关的还原叶酸载体（reduced folate carrier,RFC）的生化特点、生理功能、还原叶酸载体基因（RFC1）结构功能、调控、表达及其与叶酸水平和神经管颅面畸形的关系等研究进展进行综述,从而为神经管和颅面畸形的病因学研究提出可能的候选基因。 Abstract: Neural tube and craniofacial defects are common birth defects which are ascribed to the combination of genetic and environmental factors. The population epidemiological studies suggested that periconceptional use of multivitamins containing folic acid can reduce a woman’s risk of having a child with neural tube and craniofacial defects. It’s a major environmental factor that periconceptinal women with deficiency of folic acid may increase their risk for delivering babies with neural tube and craniofacial defects, but the mechanism by which folic acid facilitated this risk rediction is unknown. This paper reviews folate transport carrier, Reduced Folate Carrier(RFC)’s characteristics in biological chemistry, physiological function, the folate transport mechanism, structure, function, regulation and expression of reduced folate carrier gene(RFC1), and the relationship between RFC1 with plasm or erythrocyte folate level and neural tube defects, et al. It is suggested a etiologic hypothesis in investigation of candidate gene encoding specific folat-related pathways of neural tube and craniofacial defects.     

eNOS基因多态性与神经管畸形的研究进展

神经管畸形(neural tube defects,NTDs)是一类常见的出生缺陷,严重威胁着妇女儿童的身心健康和人口素质的提高,给社会的发展带来沉重负担,可引起孕妇流产、婴儿死亡和终生残疾。NTDs可分为无脑儿、脑膨出和脊柱裂三种类型,其病因和具体的发病机制尚不清楚。国内外多数研究认为,NTDs是一种由基因的多态性和环境因素所引起的严重的基因突变,还不能用一种单一原因来解释该病的发生。目前的研究热点是易感基因与NTDs的关系,内皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase,eNOS)基因最近已被认为是导致NTDs发生的重要候选基因。eNOS基因的点突变或成串突变可以导致酶活性的变化,使eNOS的表达上调,引起NO分泌的异常,促进神经元的凋亡,进而导致大脑的发育异常。本文从eNOS基因多态性与NTDs的相关性研究进行综述。     

甲氨蝶呤对早期神经胚基因表达的影响

目的:利用甲氨蝶呤(methotrexate,MTX)干预孕鼠,探讨MTX对早期神经胚基因表达的影响。方法:用MTX(4.5 mg/kg体重)干预孕鼠,通过NimbleGene表达谱芯片、Real time-PCR及免疫组化等方法进行差异表达基因的筛选和验证。结果:MTX处理后神经管畸形(NTDs)发生率为32.1%。表达谱芯片筛选出166个差异表达基因,其中4个凋亡相关基因(Endog,Trp53,Casp3,Bax)均表现为上调(fold change1.5,P0.05),3个增殖相关基因(Ptch1,Pla2g4a,Foxg1)均表现为下调(fold change0.67,P0.05);NTDs胚胎神经上皮Caspase-3表达显著升高(P0.05),phospho-histone H3(pH3)表达显著降低(P0.05)。结论:MTX影响了早期神经胚的基因表达,尤其是引起了凋亡、增殖相关基因表达的异常,这可能在叶酸缺乏引起NTDs发生的相关机制之一。     

叶酸可预防新生儿神经管畸形

世界各国也对神经管畸形的病因和预防措施进行了大量的研究,结果表明:服用叶酸补充剂可以有效地预防新生儿神经管畸形的发生。中国妇女结婚要进行登记,计划外怀孕比例很少,非常适宜有计划地给孕期妇女服用叶酸补剂,中国的经验对美国和全世界妇女都很有意义。