山东大学2012-2013学年第一学期《组织胚胎学》课程作业
dHAND对将要形成右心室的一段线性心管的一群心肌源细胞群体的扩展与分化是必需的， 从而认为dHAND能调控右心室的发育。且一个hand off等位基因的突变阻断了两侧心脏前体的融合，并导致了心脏的分叉现象，这表明，dHAND可能在心脏形态建成中也起作用。eHAND为左心室标志基因，但它在心脏形态发生中的准确角色尚不清楚。在直线心管时期和环化时期，eHAND在整个静脉窦，心房区及将来发育成左心室的区域均表达。
目前并不清楚是什么控制心室壁生长模式从沿着心脏纵轴的生长向使壁变厚的同心生长转变。在斑马鱼中，3个基因中的突变（santa,valentine,heart of glass）在一个单层时期阻止心室壁的生长。这些胚胎发育成极其扩大的心脏腔室。
在心室心肌变厚不久之后，心室的内壁开始形成皱褶。有证据表明这种被称为小梁形成的不规则加厚的发生涉及从心内皮到心肌的信号。神经调节蛋白来自心内膜的释放，且它的受体—erbB2 和erbB4均存在于心肌。erbB2或神经调节蛋白的定点突变均具有相似的表型，即小梁形成极大的缺损，且心室壁是薄的。心内膜与心肌间的信号转导对于心室的发育也是非常重要的。
七、 房室的分隔
心室和心房的隔通过邻近心肌壁的生长产生。这样，干扰心肌壁生长的基因突变，如vcam1和RxR2，引起间隔缺失。BMP1相关基因——tolloid like1，似乎在心室分隔中起一个首要的角色。似乎隔膜的生长对肌肉分化中的紊乱特别敏感。在左心室eHAND在将来形成心室间瓣的区域的表达受抑制，当间隔形成时则没有表达。
八、 心内膜
心内膜细胞在胚胎生长中为血管形成提供了支架。并为发育的血管提供血管调节和溶栓剂活性的重要来源。在心脏中，心内膜层提供了小梁形成信号和瓣膜的组分。心肌与心内膜的作用导致横隔的形成，心内膜与心肌层的作用导致垫层的形成。最初的内皮管，包括心内膜，是通过血管发生过程（散布的中胚层成血管细胞的融合）形成的。至少这些成血管细胞中的一些被认为是与最初的内胚层血细胞起源于一个谱系，它们均起源于一个称为成血管细胞的共同前体。成血管细胞建成的最可能的上游候选基因是clocbe，在斑马鱼中它的突变
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体阻止内皮和造血细胞谱系的形成。clocbe以一种心内膜细胞自主的方式起作用，且来自野生型胚胎的细胞能在clocbe突变体中产生心内膜。有趣的是心肌腔室甚至能在心内膜缺失时形成，于是将心房从心室程序中区分出来的模式信息定位于心肌层，心内膜和血管建成所需要的其他基因是vecf和它的受体。
瓣膜在腔室之间的边界形成，这一过程依赖于心内膜和心肌之间的位点特异性相互作用。 位于房-室管道和流出道上的心内膜细胞从心内膜表面迁出，以形成称为心内膜垫的前瓣结构的间充质组分。在斑马鱼中jekylll突变将干扰心内膜垫的形成。TGF-β突变型胚胎有瓣膜和流出道瓣膜缺陷。α1，α2VI 胶原蛋白基因在房室心内膜垫发育成瓣膜小叶和膜间隙的形态发生中起重要作用。RasTG1和RasTG2是PAQR(Progesterone and AdipoQ receptor)家族成员。PAQR家族为脂肪细胞分泌并参与调控糖脂代谢的脂联素受体，近年的研究发现,PAQR家族成员有能够广泛地参与了MAPK信号通路的调控。有人认为RasTG2调节胚胎心脏瓣膜发育是经过在高尔基体上激活Ras信号通路所介导。
九、 起搏和传导系统
斑马鱼的单基因隐性突变的表型很可能是因为干扰了在肌细胞水平上的负责产生和传递动作电位的离子通道或隙缝连接，而不是由于影响了特化的传导系统。很明显，这种细胞缺失将显示为心律失常。如KVLQT1，minK和HERG 钾通道或SCN5A钠通道上的基因的突变。
十、 与心脏直接相连血管的形成
在脊椎动物中使肺动脉与主动脉分离的流出道隔膜是神经巢起源的。 心肌和心内膜的作用导致横隔的形成。这样干扰心脏神经巢的突变能够引起流出道的不正常。如PAX3、血小板起源生长因子α、内皮、神经纤维瘤病和视黄酸受体上基因的突变。
神经嵴细胞从神经褶迁出聚集在心脏流出道（动脉圆锥）和发育中的动脉弓。 它们与动脉干的形成以及后来动脉干被分隔成主动脉和肺动脉有关，也与心室隔的动脉圆锥部分的形成有关。 在主动脉与肺动脉的分隔完成后，这两条血管各自以其不同的方式完成它们与左右心室的连接。 神经嵴细胞也与主动脉弓的双侧不对称性发育有关，这一过程有一激烈的形状改变从而导致上行主动
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脉、邻近的锁骨下动脉、颈动脉和肺动脉的形成。弄清神经嵴细胞是如何被引导进行迁移、分化和增殖是了解多种动脉圆锥缺陷和主动脉弓缺陷的基础。 而且还发现dHAND在主动脉弓的表达对于神经嵴起源的主动脉弓动脉的持久性是必需的。
隙缝连接蛋白（cx43）主要在圆锥动脉干和右心室中表达。它的突变实验结果显示它在心脏的动脉圆锥干和心嵴的发育过程中起重要作用。
十一、 影响斑马鱼心脏发育的其他因素
1. δ-SG
δ-SG是肌聚糖复合物的成员，它在各种脊椎动物的骨骼肌和心肌中特异表达。斑马鱼δ-SG基因表达产物在氨基酸水平上与人、小鼠、仓鼠、鸡的δ-SG基因产物分别有72％、73％、73％和69％的相似性。δ-SG的基因组序列分析显示该基因由8个外显子和7个内含子组成，覆盖了长将近200kb的基因组区域。δ-SG基因表达的缺失严重阻碍了心脏早期发育过程，并影响了心肌细胞的分化，心脏的左右非对称模式也发生了改变。δ-SG在早期心脏和肌肉的发育中具有很重要的作用，推测SG复合物可能作为膜受体参与早期发育的信号传递。
2. Forkhead转录因子家族
一类由许多调控分子组成的大家族，它们共同拥有一个保守的110个氨基酸残基的DNA结合域——forkhead结构域。该家族在包括脑、心血管系统、肺、肠和肾等组织的发育过程中都发挥重要作用。其功能包括参与细胞增殖、分化、染色体重塑、有丝分裂过程和转化过程等。
3. BHC80
BHC80是BHC复合物(BRAF-histone deacetylase complex)的一个组分,神经细胞和非神经细胞内都有表达,参与非神经细胞中神经特异性基因的转录抑制。BHC80基因表达下调的斑马鱼胚胎心脏出现多种异常的表型,包括心房心室大小异常、环化不完全、严重者心脏发育呈管状、心搏减弱等。用显微荧光造影检测血管的发育情况,BHC80基因表达下调的斑马鱼胚胎血管无明
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显缺陷。
4. 视黄酸和raldh2基因
在胚胎发育过程中，视黄酸是十分重要的内源性信号分子，与其他基因相互调控参与心脏、眼部、神经系统等脏器的形成和发育。流行病学调查和动物实验发现视黄酸水平过高或过低可导致多种心脏畸形，如法洛四联征、完全性大动脉转位、室间隔缺损、主动脉弓异常等，但对于视黄酸信号影响心脏发育的分子机制目前尚未完全阐明。视黄醛脱氢酶2(retinene dehydrogenuse 2，raldh2)是最关键的视黄酸合成酶，在胚胎发育过程中最早表达，其浓度和分布决定了局部视黄酸信号的表达。raldh2基因抑制后可影响视黄酸合成，导致胚胎发育中视黄酸缺乏。raldh2基因在心脏早期发育的多个环节发挥重要作用,影响房室分化、心管环化和心肌收缩等.在心脏发育过程中nppa和tbx20基因表达受到raldh2基因调控,可能参与RA信号缺乏导致心脏畸形的潜在分子机制。
5. T-box家族
T-box家族是近年来引起研究者高度重视的一个转录因子家族，它们在心脏发育和遗传性疾病的发生中都发挥着重要作用。发育和遗传学的研究表明，T-box基因在胚胎的早期排列，胚层的分化和器官形成中发挥重要作用，与其它系统相比，心血管系统的发育更多地受到T-box基因的调节。现已在从古老的线虫到高等哺乳动物的多个物种中发现了T-box基因，仅在脊椎动物中至今已发现了18个成员。该家族都含有一个高度保守的结构域，编码一长约174-186个氨基酸的核蛋白，其主要功能是在细胞核内，与DNA上一段全长24个碱基的富含T的回文序列，即T盒牢固结合，形成二聚体，从而激活或抑制下游基因的表达，在生物体的胚胎形成、细胞分化及其后的器官形成中发挥重要作用。根据T盒编码的蛋白序列，将T-box基因家族分为5个亚族，即T(Brachyury)、Tbxl、Tbx2、Tbx6和Tbrl亚族。T-box基因在结构和功能上具有高度保守性，主要表现在两个独立的方面：在物种内部，关系密切的T-box成员在表达类型和功能方面具有相似性；而在物种之间，同源基因突变导致的表型在不同物种间具有高度的相似性。Tbx5是第一个发现的在心脏发育中发挥作用的T盒基因，Tbx5突变导致人类的Holt—Oram综合征。Tbxl，Tbx2．Tbx3，Tbxl8和Tbx20均在发育中的心脏表达。Tbxl在斑马鱼胚胎发育过程中表达在心脏、咽弓和耳囊，在心脏的表达，以
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流出道的表达最强。Tbxl knock-down后，Bmp2b在咽囊和心脏的表达明显减低；Hand2在咽弓神经嵴细胞的表达明显减低；斑马鱼心脏结构基因Nppa的表达下调；Tbxl knock-down对Fgf8的表达没有影响。
6. 叶酸
叶酸在生物生长和发育过程中扮演重要的角色，它参与生物体内许多重要反应和重要物质的合成。人群中叶酸缺乏会导致胎儿许多先天性异常的发生率上升，(如先天性心脏病、神经管发育异常等)。目前许多模式生物应用于叶酸缺乏导致先天性发育异常的研究，在这些模式生物中同样发现叶酸缺乏可导致心脏发育异常。但目前叶酸缺乏导致先天性发育异常的机制仍不明确。通过采用二氢叶酸还原酶（DHFR）拮抗剂MTX和将DHFR基因knock-down的方法构建的叶酸缺乏斑马鱼模型的心血管系统发育异常有相似性，都表现为心脏发育异常表型多样、心功能受损、心脏流出道发育异常和血管发育受到干扰。叶酸缺乏对心脏发育相关基因vmhc,amhc和mef2a的表达无影响，叶酸缺乏导致心脏发育相关基因hand2，mef2c，bmp2b,nkx2.5和has2 的表达减弱；叶酸缺乏对血管发育相关基因ephB4的表达无明显影响，叶酸缺乏导致血管发育相关基因flk-1和ephrinB2的表达减弱。上述这些心血管发育相关基因的表达减弱可能是叶酸缺乏导致心脏发育异常的机理。叶酸缺乏影响了Hedgehog信号通路的功能，但对Nodal信号通路影响不明显。叶酸缺乏导致轴中胚层发育紊乱。叶酸缺乏不仅只影响基因表达的水平，还可以导致细胞DNA断裂增加而促使细胞凋亡的发生。
在斑马鱼心脏发育过程中dhfr可调控hand2的表达。dhfr knock-down后hand2的表达下调，是dhfr knock-down导致心脏发育异常的机理。hand2过表达可挽救ahfr knock-down导致的心脏发育异常表型，从而为叶酸缺乏导致心脏发育异常的基因治疗提供线索。
7. microRNAs
microRNAs(miRNAs)是一类长度约为22nt的非编码小RNA, 从单细胞到多细胞真核生物中都广泛存在, 在进化过程中高度保守, 对动物发育、生理功能及病理过程都具有重要调控作用。最近研究发现心脏的信号调控和转录途径与microRNAs密切相关，microRNAs可以调控心脏发育、功能和疾病的
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