血管内皮细胞发育及分子机制

心血管系统是胚胎发育中最先形成的器官之一, 为机体提供营养成分和氧气。血管发育包括两部分, 一是内皮祖细胞(Angioblast)聚集形成血管原基(Vasculogenesis), 二是从已有血管形成新的血管分支(Angiogenesis)。此后由初级内皮细胞管召集平滑肌细胞形成功能性血管(Vessel maturation)。内皮祖细胞起源途径包括：由Flk1阳性中胚层细胞到成血成血管细胞(Hemangioblast)到血管内皮祖细胞; 或由Flk1阳性中胚层细胞直接到血管内皮祖细胞。Flk1阳性中胚层细胞受到vegf、flk1、cloche、lycat、etsrp等关键基因或信号通路的调节, 其中核心问题是原肠期中胚层如何形成Flk1阳性中胚层细胞及进一步分化成血管内皮祖细胞和成血血管细胞。文章集中评述内皮祖细胞发育、分化及其分子遗传调控机制, 并展望本领域未来发展方向。     

基因谱系示踪技术揭示小鼠Tbx18+心脏祖细胞向心系细胞分化的潜能

心脏祖细胞(cardiac progenitor cells,CPCs)的研究对阐明先天性心脏病的机制及治疗心血管疾病具有重要意义.哺乳动物的心脏组织由多种不同CPCs分化形成.转录因子Tbx18在发育中的心外膜中表达,对心脏的发育形成起重要的调节作用.为了在组织及活体细胞水平检测和阐明Tbx18+CPC的分化潜能,应用Cre-LoxP系统建立Tbx18+CPCs基因命运谱系示踪模型:Tbx18-Cre/Rosa26R-EYFP和Tbx18-Cre/Rosa26R-LacZ双杂合基因敲入小鼠.该双杂合基因敲入小鼠通过Cre的表达能有效地示踪Tbx18+细胞在胚胎和成年小鼠中的分化命运.Tbx18-Cre/Rosa26R-EYFP双杂合小鼠心脏能非常容易地利用流式细胞分选系统(FACS)分离出YFP+细胞,也可在倒置共聚焦显微镜下观察.应用X-gal染色分析其表达模式,揭示Tbx18命运谱系参与心房肌、室间隔、心室肌、冠状动脉、瓣膜等的形成.应用免疫荧光技术初步揭示Tbx18+CPCs向心脏肌钙蛋白T(cTNT)阳性心肌细胞和平滑肌肌球蛋白重链11(MYH11)阳性血管平滑肌细胞分化的潜能.心脏是一个由多种肌肉和非肌肉组织细胞构成的复杂器官.推测Tbx18可能在心脏祖细胞向肌源性细胞分化的信号通路中起重要调节作用.在上述研究中应用基因谱系示踪技术,验证Tbx18可作为一类CPCs的标志,为更深入揭示心脏祖细胞向心系细胞的分化潜能打下基础.     

Wt1在心脏发育中的作用

Wt1最初被认为是一种抑癌基因,现在发现其在器官形成和病理生理过程中发挥作用,它不仅影响肾脏而且影响心脏的发育。心外膜细胞在经历了上皮-间充质细胞转化后成为心血管前体细胞,之后继续分化为心肌细胞、冠状动脉血管细胞等,该过程在心脏发育中起到重要作用,而Wt1调控了这一重要的转化过程。本综述主要阐述Wt1通过Wnt/β-catenin信号通路和维甲酸信号通路调控EMT,影响心脏发育的机制。充分理解Wt1调控EMT产生心血管前体细胞的过程与分子机制,对于研究正常心脏发育及心脏再生有很大帮助。     

心外膜与心脏的修复再生

心外膜是心脏的重要组成部分之一,它在心脏的发育过程中起到了关键的作用。随着研究的深入,心外膜在心脏损伤后的修复再生中的作用也渐渐被人们所了解。心脏受损后,心外膜分泌了多种信号因子调控心肌细胞的增殖以及新血管的生成。同时,在损伤刺激下,心外膜分化为多潜能的心外膜衍生细胞,这些细胞在心脏的损伤修复中至关重要。本文将从心外膜的作用、心外膜相关的信号因子和通路以及其潜在的临床应用等方面的研究进展进行综述,为未来心外膜和心脏再生的更深入研究提供参考。     

Tbx18+心外膜祖细胞参与成年小鼠部分心脏组织形成

转录因子Tbx18在胚胎心脏发育过程中起重要调控作用,是心外膜祖细胞标记之一|故以Tbx18为标记的阳性祖细胞群被称为：Tbx18+心外膜祖细胞(epicardial progenitor cells, EPCs)。小鼠胚胎、新生和成年期心脏组织细胞的特性区别较大,成年小鼠的心脏属于终末分化组织。但是,Tbx18+EPCs对成年小鼠心脏组织的贡献大小尚存争议。本研究拟定量分析Tbx18+EPCs对成年小鼠心脏组织的贡献大小。采用整体和组织切片X-gal染色检测成年心脏组织LacZ的表达|荧光激活细胞分选法(fluorescence activated cell sorting,FACS)分离成年Tbx18Cre/R26EYFP小鼠心脏组织EYFP+细胞。结果显示,在Tbx18+EPCs遗传谱系示踪小鼠,报告基因LacZ和EYFP在成年小鼠心脏的心室、心房、冠状动脉、室间隔等处表达|成年Tbx18Cre/R26EYFP小鼠心脏组织细胞用FACS分离,分选的EYFP+细胞比例平均约为33.94%。由此可见,成年小鼠心脏的心室、心房、冠状动脉、室间隔等心脏组织均可来源于Tbx18+EPCs|约1/3成年小鼠心脏组织细胞来源于Tbx18+EPCs。故Tbx18+EPCs参与成年小鼠心脏组织的部分形成。     

遗传谱系示踪技术揭示小鼠胚胎前体心外膜向心外膜转化过程

心外膜的形成是胚胎心脏发育的关键生理过程之一。利用遗传谱系示踪技术示踪观察前体心外膜向心外膜细胞转化过程,具有重要的科学研究价值。本研究拟利用Tbx18+前体/心外膜祖细胞遗传谱系示踪模型,揭示胚胎心外膜的起源及前体心外膜向心外膜转化的过程。利用整胚和切片原位杂交技术揭示,Tbx18 mRNA特异性表达于胚龄（E）9.5 d小鼠胚胎前体心外膜;故Tbx18是前体心外膜的特异性标记基因。利用整胚X-Gal染色,揭示报告基因Lacz在E9.5 d遗传谱系示踪模型鼠胚前体心外膜中大量表达,此时报告基因从前体心外膜逐渐迁移并开始少量表达于心外膜。Lacz在E10～E10.5 d双杂合鼠胚前体心外膜中表达逐渐减少,而在心外膜组织中逐渐增多;在E11.5 d,报告基因在前体心外膜中表达基本消失,而在心外膜组织中大量表达。切片进行X-Gal染色也揭示,报告基因Lacz定位于早期胚胎前体心外膜及心外膜。免疫荧光染色证实,早期胚胎心外膜细胞呈现未分化的祖细胞状态。通过报告基因的表达变化模式揭示,胚胎心外膜的形成经历了启动、转化、完成3个阶段;E9.5～11.5 d左右这个时间段发生的前体心外膜向心外膜转化,可能是心外膜形成的主要来源和形式。     

心外膜的发育

心外膜是覆盖在心脏外层的间皮组织。心外膜来源于脏壁中胚层的前心外膜,后者位于心管流入极附近。心外膜的部分细胞通过上皮间充质转化进入心外膜下层,随后形成血管内皮、成纤维和平滑肌细胞,最终导致冠脉系统的形成。心外膜细胞可能形成心肌细胞,并且可能是心脏驻留干细胞的来源。因此,它在心脏修复治疗中发挥巨大作用。本文回顾了该领域的最新研究进展并且提出了目前存在的问题。     

EDU脉冲追踪小鼠心脏第二心场细胞迁移方法的优化

流出道(Outflow tract,OFT)发育畸形约占出生时检测到的人类先天性心脏病的30%,OFT和右室是由第二心场(Second heart field,SHF)祖细胞发育形成。SHF祖细胞向心管部署、迁移使心管得以足够的伸展,是心脏形态发生所必需的。然而,迄今SHF发育及迁移部署过程仍不清楚。建立标记、追踪小鼠心脏第二心场细胞迁移的方法,对于阐明哺乳动物心脏SHF迁移、部署的细胞生物学过程具有重要意义。首先采用文献报道的EDU(5-乙炔基-2’脱氧尿嘧啶核苷)脉冲追踪方法及剂量(10mg/kg),发现大部分胚胎并不能被EDU标记。接下来,分别对EDU标记的剂量以及脉冲标记的时间进行优化,分析EDU在SHF细胞中的标记情况、EDU标记的SHF细胞向OFT的迁移情况。发现EDU剂量增加到40 mg/kg能对胚胎进行有效的标记(由6只孕鼠获得的31只胚胎均被有效的标记),且不会对孕鼠和胚胎造成毒性;EDU脉冲标记2 h和4 h,EDU在SHF细胞中的标记效率、EDU标记SHF细胞迁移进入远端OFT的距离均没有差异。研究表明使用40 mg/kg的EDU脉冲剂量和2 h的标记时间,可对胚胎的SHF细胞进行有效的标记,经过19 h的追踪,EDU标记的细胞能够迁移进入到远端OFT中。     

血管平滑肌细胞在小鼠动脉血管发育与疾病中的作用研究进展

平滑肌细胞招募和分化成熟是胚胎动脉发育的重要步骤。分化的平滑肌细胞在成年动脉中处于静息状态,高表达与收缩有关的蛋白。平滑肌细胞的分化是可逆的,在血管损伤后发生去分化,静息状态转变为增殖状态。平滑肌细胞的不受控增殖造成血管狭窄甚至堵塞,这是堵塞性血管病的主要病理过程。血管损伤后修复过程在多个方面与血管胚胎发育过程相同。过去几年对在动脉发育和疾病中平滑肌细胞的作用研究有了新的进展。该文首先明确了血管平滑肌细胞具有异质性,不同血管的平滑肌细胞起源不同;其次,动脉胚胎发育中存在平滑肌自内而外逐层次序成熟的现象。最近研究还发现,动脉损伤修复后增生的平滑肌细胞来源具有单(或寡)克隆性。这些最新研究有助于更好地理解平滑肌细胞在动脉血管发育与疾病中的作用,为干预堵塞性血管病带来新的希望。     

谱系示踪技术揭示Tbx18+肾脏祖细胞分化为脂肪细胞

转录因子Tbx18在泌尿系发育中发挥重要作用。利用遗传谱系示踪模型，揭示了Tbx18+肾祖细胞具有向多种肾系细胞分化的潜能。但尚无文献报道其是否具有向脂肪细胞分化的潜能。本研究通过对Tbx18Cre/Rosa26LacZ双杂合小鼠泌尿系组织进行整体X-gal染色发现，肾包膜、输尿管及肾周脂肪组织能特异性表达β-gal蛋白，说明肾包膜、输尿管及肾周脂肪组织可能来源于Tbx18+祖细胞。对Tbx18Cre/Rosa26EYFP双杂合小鼠泌尿系组织进行免疫荧光染色，发现部分脂滴相关蛋白+（perilipin）脂肪细胞能表达标记蛋白EYFP，说明部分泌尿系脂肪细胞来源于Tbx18+祖细胞。本研究揭示了Tbx18+祖细胞具有分化为脂肪细胞的潜能，进一步证实了Tbx18+肾祖细胞的多分化潜能。结合本研究结果，若进一步研究肾损伤时，来源于Tbx18+祖细胞的泌尿系脂肪细胞是否进一步增多，将会为肾损伤的再生修复提供一些思路和启发。     

与造血过程有关联的转录因子

多能干细胞分化过程中其子代细胞分化潜能逐渐减小,并使子代细胞获得成熟细胞的某些表型,最终达到终末分化和具有特定表型。研究这个过程的分子机理是发育生物学的一个重要课题。造血过程是从多能造血干细胞分化成各系造血祖细胞,再进一步分化成成熟血细胞(包括红细胞,白细胞和淋巴细胞)的过程。     

Tbx18-Cre基因敲入小鼠的繁殖、鉴定及其应用

为了探讨Tbx18-Cre基因敲入小鼠(Tbx18:Cre knock-in Mus musculus)的繁殖、鉴定及Tbx18基因敲除小鼠和遗传示踪小鼠模型的应用,将Tbx18-Cre基因敲入杂合子小鼠进行繁殖,应用PCR法鉴定其子代基因型。将子代雌雄杂合子小鼠互交,应用H.E染色观察Tbx18基因敲除胚鼠心的形态学变化。将杂合子小鼠与RosaEYFP报告小鼠交配,应用心冰冻切片技术观察Tbx18:Cre/Rosa26REYFP双转基因遗传示踪胚鼠心内Tbx18阳性心外膜祖细胞发育命运。结果表明,用于繁殖、基因敲除研究及基因遗传示踪的子代基因型均符合孟德尔遗传规律。同时心H.E染色和心冰冻切片发现,Tbx18敲除小鼠心窦房结发育存在缺陷,而Tbx18阳性心外膜祖细胞是心发育重要的祖细胞来源。研究结果揭示,Tbx18-Cre基因敲除小鼠是研究先天性心脏病发病机制的理想模式动物,Tbx18阳性心外膜祖细胞可能是心脏病患者心脏修复和再生潜在的种子细胞。     

谱系示踪技术揭示Tbx18~+肾祖细胞分化为脂肪细胞的潜能

转录因子Tbx18在泌尿系发育中发挥重要作用。利用遗传谱系示踪模型,揭示了Tbx18~+肾祖细胞具有向多种肾系细胞分化的潜能。但尚无文献报道其是否具有向脂肪细胞分化的潜能。本研究通过对Tbx18Cre/Rosa26~(LacZ)双杂合小鼠泌尿系组织进行整体X-gal染色发现,肾包膜、输尿管及肾周脂肪组织能特异性表达β-gal蛋白,说明肾包膜、输尿管及肾周脂肪组织可能来源于Tbx18+祖细胞。对Tbx18Cre/Rosa26~(EYFP)双杂合小鼠泌尿系组织进行免疫荧光染色,发现部分脂滴相关蛋白~+(perilipin)脂肪细胞能表达标记蛋白EYFP,说明部分泌尿系脂肪细胞来源于Tbx18~+祖细胞。本研究揭示了Tbx18~+祖细胞具有分化为脂肪细胞的潜能,进一步证实了Tbx18~+肾祖细胞的多分化潜能。结合本研究结果,若进一步研究肾损伤时,来源于Tbx18~+祖细胞的泌尿系脂肪细胞是否进一步增多,将会为肾损伤的再生修复提供一些思路和启发。     

平滑肌祖细胞研究进展

平滑肌祖细胞(smooth muscle progenitor cells,SPCs)是在体内外能直接分化为血管平滑肌细胞(vascular smooth muscle cells,VSMCs)的前体细胞.近年来有关出生后新生血管形成(neovascu-hrization)的研究发现,SPCs可能存在于成体的骨髓、循环血液和动脉外膜,以及心脏、骨骼肌等外周组织中,并且参与新生内膜形成和动脉粥样硬化的发生与发展.本文就SPCs在成体的起源与分布及其可能的分化与整合机制,以及在血管疾病中的病理生理意义等研究进展作一综述.     

特异性microRNAs在心血管系统中的功能研究进展

MicroRNAs(miRNAs)是经核糖核酸酶(Dicer)加工后的一类非编码小RNA分子。在真核生物中,miRNA具有组织特异性和时序性,只在特定的组织和特定的发育阶段表达,在细胞生长和发育过程中起多种作用。miRNAs在心脏发育、形态生成、血管生成、心肌凋亡等多个生理病理过程中发挥重要作用。最近有大量研究发现某些特异性的miRNA对心血管的发育和心血管疾病有一定的影响。如miRNA-126调控血管生成;miRNA-143和miRNA-145决定血管平滑肌(VSMC)的分化和增殖;miRNA-208对心肌肥厚的调节;miRNA-1和miRNA-133影响心肌的发育、形态发生、心肌凋亡、心肌肥厚等。     

神经嵴细胞的研究进展

神经嵴细胞是一种由胚胎外胚层细胞在发育过程中产生的暂时性的细胞群。神经嵴细胞具有自我更新和多潜能分化的特征。神经嵴细胞有很强的迁移能力,能够到达胚胎内的任何位置,它们能够在所到达的位置定植并成为祖细胞或分化成不同的细胞系,包括外周神经系统的神经元、内分泌细胞、平滑肌细胞和肌腱细胞等。该细胞群广泛参与组织损伤修复过程并且与实质性器官纤维化相关。该文就神经嵴细胞的生物学特性、迁移和分化机制、在组织损伤修复中的作用及在纤维化中的作用进行综述。     

基因谱系示踪揭示小鼠Tbx18+肾脏间质祖细胞分化为输尿管平滑肌

本文旨在研究Tbx18+肾脏间质祖细胞分化为输尿管平滑肌细胞的命运及转录因子Tbx18在小鼠输尿管平滑肌发育形成中起到的作用．实验建立Tbx18:Cre/R26REYFP和Tbx18:Cre/R26RLacZ两种谱系示踪系统和Tbx18:Cre/Cre 敲除模型．该示踪模型通过cre重组酶的表达能有效地示踪Tbx18+肾脏间质祖细胞在泌尿系统的发育命运．通过免疫荧光染色和X-gal染色,同时发现Tbx18+肾脏间质祖细胞可分化为输尿管平滑肌细胞,但不分化为输尿管移行上皮细胞．在Tbx18:Cre/Cre基因突变模型中,泌尿系统出现明显的肾积水和输尿管积水,肾盏、肾盂扩张,输尿管明显缩短和扩张．实验结果揭示,Tbx18+ 肾脏间质祖细胞可以分化为输尿管平滑肌细胞,且转录因子Tbx18在哺乳动物输尿管平滑肌的发育中起到重要的作用．     

脂肪细胞的起源

脂肪组织是机体内最重要的能量储存器官,具有产热、维持体温、内分泌和支持填充等多种功能,脂肪的功能异常被证实与2型糖尿病、高血压、动脉粥样硬化和肿瘤等多种疾病相关。一般认为在发育过程中脂肪细胞起源于中胚层,但近年来也有研究发现部分脂肪细胞起源于外胚层神经嵴。在发育完成后,机体内仍存在前脂肪细胞,在适当的条件下可继续分化为脂肪细胞,这些前脂肪细胞与血管有着密切的联系,但其在体分布及起源则有待证明。近年来对前脂肪细胞分化为脂肪细胞的终末分化过程研究较多,然而脂肪细胞的起源,以及间充质干细胞向前脂肪细胞的定向分化过程却仍不清楚。本文总结了近年来该领域的一系列研究成果,对脂肪细胞的起源问题进行综述。     

同源异型盒基因对血管平滑肌细胞的调控作用

同源异型盒基因是一类对生物体的生长、发育和分化从时间和空间上进行协调的调控基因。构成血管中膜的血管平滑肌细胞表型具有极大的可塑性。在一些病理性血管重构时,血管平滑肌细胞可发生表型调变,从分化型调变为去分化型,具备增殖和迁移能力。在此过程中,多种同源异型盒基因的表达发挥了重要的调控作用。现就同源异型盒基因与血管平滑肌细胞的表型调变、增殖和迁移的关系等方面的研究进展作一综述。     

心脏发育中的细胞凋亡

重点讨论了心脏发育过程中主要的细胞凋亡以及信号串级联,这些信号串往往伴随着有序的形态学上的事件.细胞凋亡主要发生在胚胎心脏中非心肌的隔室中,其隔室由心内膜、心外膜和神经嵴衍生的细胞组成.这些信号的级联包含了潜在生长转化因子的激活,导致心肌细胞的迁移以及随后的心内膜垫的心肌化.错误的细胞凋亡将导致心脏发育的异常.