心脏瓣膜的正常形态形成需要从心内膜细胞分化出来的巨噬细胞

在胎生期的心脏，Nkx2-5使心内膜细胞的一部分分化为血球前体细胞，其详细情况是？

东京慈惠会医科大学9月12日宣布，胎生期小鼠心内膜细胞通过Nkx2-5及其下游工作的两个信号因子分化为巨噬细胞的转录调控机制，确定其巨噬细胞是心脏瓣膜正常形态形成的必需存在。

该研究是该大学细胞生理学讲座的刘孟佳特任讲师和中野敦教授的研究小组的成果。研究成果在线发表在《Nature Communications》上。

胎生期的心脏会在短时间内发生巨大的形态变化。具有多分化功能的心脏祖细胞在几个重要的转录因子的作用下分化成构成心脏的细胞。转录因子Nkx2-5具有将构成心脏内膜的心内膜细胞的一部分分化成血球前体细胞的功能。

此次研究的目的是通过探索Nkx2-5下游作用的信号因子，阐明更详细的分子调控机制。运用生物信息学分析技术的单细胞RNA序列，从Nkx2-5缺失小鼠胎的心脏中搜索在Nkx2-5下游工作的信号因子。此外，研究了这些信号路径的作用。

Nkx2-5下游工作的Notch信号，与心脏前体细胞的命运决定相关

使用单细胞RNA序列数据，比较野生型和Nkx2-5缺失小鼠胎心（胎生第9.5天胚胎）的基因表达。根据基因的表达方式对细胞种类进行分类，发现心内膜细胞有5种，其中2种心内膜细胞在Nkx2-5缺失的小鼠体内消失。这两种细胞分别是构成后来的心脏瓣膜和中隔的心内膜床的细胞和来自心内膜细胞的血球前体细胞。因此，Nkx2-5是心内膜细胞分化为心内膜床细胞和血球前体细胞所必需的转录因子。

接下来，为了调查心内膜细胞中有哪些信号通路受到Nkx2-5的转录控制，对野生型和Nkx2-5缺失小鼠的整个心内膜细胞的基因表达差异进行生物信息学分析。结果发现，Nkx2-5缺失的小鼠中对决定细胞命运至关重要的Notch信号显著减少。研究人员制作并分析了基因重组小鼠，发现其心脏充满了血液，表明如果Nkx2-5下游的Notch信号被激活，心脏就会产生过多的血液。此次将分析在Nkx2-5缺失的状态下，强制表达Notch信号时表型是否会恢复正常（救援实验）。结果发现，Nkx2-5缺失小鼠心脏的表现型——心内膜床细胞和血球前体细胞的缺失通过Notch信号的强制表达得到了拯救。以上证明Notch信号在Nkx2-5下游起作用，促进心脏的心内膜床形成和造血。

抑制维甲酸信号、促进Notch信号，对血球前体细胞分化和巨噬细胞成熟至关重要

另一种生物信息学（NicheNet）分析采用前述单细胞RNA序列数据，发现活性型维甲酸（all-trans Retinoic Acid：atRA）的代谢酶Dhrs3被预测为对造血心内膜细胞分化最具影响力的靶基因。在Nkx2-5缺失的小鼠心内膜细胞中Dhrs3的表现显著减少，这说明在血球前体细胞的分化过程中，需要抑制维甲酸信号。

因此，为了调查维甲酸在造血细胞分化中的作用，从胎生期的心脏和其他造血器官（连接卵黄囊和胎盘的背侧主动脉部位）进行造血细胞的体外分化诱导实验。分析了活性型维甲酸（atRA）、维甲酸抑制剂（DEAB）和Notch信号抑制剂（DAPT）的效果。结果表明，来自心脏的血球祖细胞成熟为巨噬细胞时，需要抑制维甲酸和激活Notch信号。

另外，对Nkx2-5下游强制表达Notch信号诱导心内膜细胞造血的心脏进行分析。结果证实，巨噬细胞的产生增加，Dhrs3阳性巨噬细胞的比例显著增加。上述研究证明，抑制维甲酸信号和促进Notch信号对血球前体细胞的分化和巨噬细胞的成熟都非常重要。

Nkx2-5下游两条信号通路有助于心脏形态形成

最后，通过基因重组分析那些细胞缺失的老鼠心脏的表型。结果表明，变异小鼠体内胶原蛋白等细胞外基质堆积在心脏瓣膜中，表明来自心脏的巨噬细胞对心脏瓣膜的形态形成具有必需的作用。

这些结果表明，Notch信号和维甲酸信号在Nkx2-5依赖性心内膜细胞的造血和巨噬细胞分化中起作用，并有助于心内膜床形成的心脏瓣膜的组织改造。

期待查明先天性心脏病的病理

通过此次研究，证明了从心脏形成的血球系统前体细胞，经过巨噬细胞的分子机制，这意味着这是进化性保存的生命现象。很多人认为巨噬细胞是免疫细胞，但研究表明，巨噬细胞在发育期与形态形成有着密切的关系。

研究小组说，今后，随着验证的推进，人们对心脏中巨噬细胞的作用有了进一步的理解，期待将来能阐明先天性心脏病的病理。

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