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。