溶血磷脂酸信号在出生后心脏发育中的变化及其生物学功能的探讨

发布时间：2018-12-11 14:25

【摘要】：近年来先天性心脏病(先心病)发病率呈显著上升趋势,已成为我国出生缺陷的首位病种,外科矫治是根治先心病最主要的手段,但由于我国特殊的实际情况使得先心病的外科治疗面临许多亟待解决的问题。先心病外科治疗的主要时间窗是出生后,虽然心脏在出生时已经完成大体结构的发育,但在功能上尚需经历出生后一定时间的生长方可达到成熟,对出生后心脏的发育特点和调节机制的研究无疑是先天性心脏病外科干预研究的首要任务。虽然心脏在胚胎期的发育过程已经得到广泛的研究,但是对于出生后未成熟心肌经历怎样的过程转变为成熟心肌以及调控这种转变的关键机制却知之甚少。 溶血磷脂酸(lysophosphatidic acid, LPA)是一类内源性生物活性脂类信号分子,属于溶血磷脂(lysophospholipids)分子的重要成员,通过其特异性G蛋白耦联受体发挥广泛的生物学效应。虽然LPA受体在哺乳动物胚胎心脏中的表达早有报道,但LPA及其介导的信号通路在心脏发育过程中究竟发挥什么功能却至今不明。本研究在课题组以往研究的基础上,为进一步探索LPA信号在心血管系统中的作用,尤其是出生后心脏发育成熟中的角色,首先对目前已经确认的所有溶血磷脂受体(包括LPA的5种受体以及另一种溶血磷脂分子1磷酸鞘胺醇(S1P)的5种受体)从胚胎末期到成年期在大鼠心脏的表达变化进行了分析,然后依据发育表达谱所提供的线索,对LPA在出生后心脏成熟过程中可能参与调控的生物学过程进行了功能学探索。 研究内容主要包括三部分： 第一部分溶血磷脂受体在大鼠心脏发育中变化——从胚胎末期到成年期 这部分研究主要通过实时荧光定量PCR、Western Blot和组织免疫化学的方法对10种溶血磷脂受体(Lpar1-5和Slpr1-5)在大鼠心脏中从胚胎末期到成年期的表达变化进行了分析,主要研究发现包括(1)Lpar1、Lpar3、Lpar4、S1pr1、S1pr2、S1pr3为大鼠心脏主要的溶血磷脂受体亚型；(2)Lpar1、Lpar3和Lpar4的表达在出生后心脏发育过程呈现明显的发育变化,在出生后2-3周内的表达显著高于之后的表达,提示可能与出生后心脏功能的成熟相关；(3)Lpar1和Lpar4在出生后1周表达明显增加,之后迅速下降,提示可能与出生后早期由于心肌细胞增殖而表现的心脏快速生长有关：(4)Lpar3在出生后1天的主动脉壁和冠状血管壁呈现高表达,提示LPA-Lpar3可能参与心脏血管的发育；(5)S1prl、Slpr2、Slpr3虽然在心脏高表达,但在出生后心脏发育过程中其表达并没有发生明显变化,提示S1P信号对心脏功能具有重要调节作用但在发育过程中并不发生角色转换。 第二部分溶血磷脂酸对未成熟心肌细胞的促增殖作用及其信号机制初探 这部分研究在第一部分研究基础上探讨LPA及其受体是否调节了出生后早期未成熟心肌细胞的增殖过程。利用免疫荧光标记心肌细胞直接计数和细胞增殖标志物Ki67,我们首次发现LPA不仅对出生后早期仍有增殖能力的Pld心肌细胞具有促增殖作用,并且对已经失去增殖能力的P4d心肌细胞同样具有明显的促增殖作用,并且均呈现剂量依赖和时间依赖关系。Lpar3受体特异性激动剂OMPT对未成熟心肌细胞具有显著的促增殖作用,而Lpar1/Lpar3的拮抗剂Ki16425则可以完全阻断LPA的促增殖作用,同时,Lpar1、Lpar3和Lpar4在心脏不同细胞的表达分布显示Lpar3在心肌细胞的表达远远高于心脏成纤维细胞,而Lparl和Lpar4则恰好相反,提示Lpar3可能主要参与了心肌细胞的功能调节,而Lparl和Lpar4则主要介导心脏成纤维细胞的生物学效应,由此,我们认为LPA可能是通过Lpar3介导了其对未成熟心肌细胞的促增殖作用。另外,LPA及其受体信号的激活可使进入S期的心肌细胞明显增加,提示LPA信号可能通过影响心肌细胞周期的进程发挥促增殖作用。 第三部分溶血磷脂酸对出生后心肌细胞收缩及兴奋-收缩耦联的影响 这部分研究仍然是以第一部分的研究结果为线索,力图证明在心肌收缩功能尚未成熟时,LPA可以通过促进肌细胞内钙离子浓度的增加参与心肌收缩兴奋-收缩耦联过程进而促进心肌细胞的收缩。但是,通过本部分研究我们没能证实最初的研究假设,但仍然有以下重要的研究发现：(1)不同于研究假设的是,LPA对出生后14天大鼠心肌细胞的收缩和钙瞬变均没有显著影响,但符合研究假设的是,LPA不影响出生后21天大鼠心肌细胞的收缩和钙瞬变,表明LPA信号并不参与出生后14-21天大鼠心肌细胞的兴奋-收缩耦联过程和心肌细胞收缩；(2)在大鼠出生后发育过程中,Lpar1、Lpar3和Lpar4在整体心脏表达下调的时间点与在心肌细胞的下调时间点并不一致,由整体心脏的出生后21天提前到心肌细胞的出生后14天,提示在出生后14天LPA受体对心肌细胞的发育调节功能可能即已减弱或消失;(3)大鼠心脏的左室射血分数在出生后14天即保持稳定,与成年心脏呈现相同的水平,表明大鼠心肌收缩功能可能在出生后14天已达到成熟。综合此3点研究发现,我们认为本研究的部分假设——当心肌功能成熟时,LPA所介导的钙信号减弱甚至消失,不再参与成熟心肌细胞的兴奋-收缩耦联和收缩过程——可能仍然是成立的。 总之,本研究探索了一种内源性生物活性分子——LPA在出生后心脏发育成熟中变化及其对未成熟心肌细胞增殖和收缩的调控作用,发现了LPA信号对心血管系统的新的生物学调节功能,加深了对未成熟心肌生长调节的认识,为先心病的外科治疗提供了切实可行的辅助性治疗干预靶点。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：北京协和医学院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：R725.4

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本文编号：2372711