心臟瓣膜的正常形態(tài)形成需要由心內(nèi)膜細胞分化的巨噬細胞

胎生期小鼠心內(nèi)膜細胞通過Nkx2-5及其下游工作的兩個信號因子分化為巨噬細胞的轉(zhuǎn)錄調(diào)控機制，確定其巨噬細胞是心臟瓣膜正常形態(tài)形成的必需存在。

胎生期心臟在短時間內(nèi)發(fā)生較大的形態(tài)變化。具有多分化能力的心臟前體細胞通過一些重要的轉(zhuǎn)錄因子的作用分化成構(gòu)成心臟的細胞。轉(zhuǎn)錄因子Nkx2-5具有將構(gòu)成心臟內(nèi)膜的心內(nèi)膜細胞的一部分分化為血細胞前體細胞的作用。

本次研究旨在通過探索在Nkx2-5下游工作的信號因子，闡明更詳細的分子調(diào)控機制，并進行了研究。利用生物信息學(xué)分析技術(shù)的一細胞RNA序列，從Nkx2-5缺失小鼠胎仔的心臟中尋找在Nkx2-5下游工作的信號因子。還研究了這些信號路徑的作用。

Nkx2-5下游工作的Notch信號，與心臟前體細胞的命運決定相關(guān)

用單細胞RNA序列數(shù)據(jù)比較野生型和Nkx2-5缺失小鼠胎仔心臟（胎生第9.5天胚胎）的基因表達。以基因表達方式為基礎(chǔ)對細胞種類進行分類，發(fā)現(xiàn)心內(nèi)膜細胞有5種，其中2種心內(nèi)膜細胞在Nkx2-5缺損小鼠中消失。這兩種細胞是構(gòu)成以后的心臟瓣膜或中隔的心內(nèi)膜床的細胞和來自心內(nèi)膜細胞的血細胞前體細胞。因此，Nkx2-5意味著心內(nèi)膜細胞是分化為心內(nèi)膜床細胞和血細胞前體細胞所必需的轉(zhuǎn)錄因子。

接著，為了調(diào)查心內(nèi)膜細胞中什么樣的信號途徑受到Nkx2-5的轉(zhuǎn)錄控制，對野生型和Nkx2-5缺損小鼠的心內(nèi)膜細胞整體的基因表達差進行生物信息學(xué)分析。結(jié)果，在Nkx2-5缺失的小鼠中，對細胞命運決定重要的Notch信號明顯減少。制備和分析基因重組小鼠表明，由于心臟充滿血液，因此在Nkx2-5下游激活Notch信號會導(dǎo)致心臟產(chǎn)生過量的血液。這次，在Nkx2-5缺損的狀態(tài)下，分析強制表達Notch信號時表型是否恢復(fù)正常（救援實驗）。結(jié)果，觀察到Nkx2-5缺失的小鼠心臟表型心內(nèi)膜床細胞和血細胞前體細胞的缺失通過Notch信號的強制表達而被拯救。綜上所述，證明了Notch信號在Nkx2-5下游工作，促進了心臟的心內(nèi)膜床形成和造血。

對維甲酸信號抑制·Notch信號促進、血細胞前體細胞分化和巨噬細胞成熟很重要

使用上述單細胞RNA序列數(shù)據(jù)的另一生物信息學(xué)（NicheNet）分析預(yù)測抑制活性型維甲酸（all-trans Retinoic Acid：atRA）產(chǎn)生的代謝酶Dhr3是對造血性心內(nèi)膜細胞分化有影響的靶基因。Dhrs3的表達在Nkx2-5缺損的小鼠心內(nèi)膜細胞中明顯減少，認為在血球前體細胞的分化中需要抑制維甲酸信號。

因此，為了調(diào)查維甲酸在造血細胞分化中的作用，實施了從胎生期的心臟及其他造血器官（卵黃囊與胎盤相連的背側(cè)大動脈部位）體外誘導(dǎo)造血細胞分化的實驗。分析了atRA（活性型維甲酸）、維甲酸抑制劑（DEAB）和Notch信號抑制劑（DAPT）的效果。結(jié)果表明，當(dāng)來自心臟的血細胞前體細胞成熟為巨噬細胞時，需要抑制維甲酸和Notch信號的活性。

另外，分析在Nkx2-5下游強制表達Notch信號并誘導(dǎo)心內(nèi)膜細胞造血的心臟。結(jié)果證實，巨噬細胞產(chǎn)生增加和Dhrs3陽性巨噬細胞比例增加。綜上所述，我們證明抑制維甲酸信號和促進Notch信號對血細胞前體細胞分化和巨噬細胞成熟都是重要的。

Nkx2-5下游兩條信號通路，有助于心臟的形態(tài)形成

分析通過基因重組使這些細胞缺損的小鼠心臟的表型。其結(jié)果，在變異小鼠身上發(fā)現(xiàn)了心臟瓣膜中膠原等細胞外基質(zhì)的蓄積，表明來自心臟的巨噬細胞在心臟瓣膜的形態(tài)形成中具有必要的作用。

這些結(jié)果證明，Notch信號和維甲酸信號有助于從Nkx2-5依賴的心內(nèi)膜細胞造血和巨噬細胞分化，有助于由心內(nèi)膜床部分形成的心臟瓣膜的組織重構(gòu)。

期待著先天性心臟病的病情闡明等

他說，此次研究證明了通過心臟形成的血球系祖細胞形成巨噬細胞的分子機制，這意味著這是一種進化保存的生命現(xiàn)象。巨噬細胞容易被認為是免疫細胞，但在發(fā)生期反而與形態(tài)形成密切相關(guān)。研究小組表示，今后通過進行驗證，可以加深對巨噬細胞在心臟中的作用的理解，期待將來能夠闡明先天性心臟疾病的病情。