二氢叶酸还原酶基因调节心脏发育的初步机制探讨

人群中叶酸生物学活性降低可导致先天性心脏病的发生率明显上升，二氢叶酸还原酶基因（DHFR）是叶酸生物学活性通路中的关键因子，其功能异常将导致叶酸生物学活性发挥受抑制。本课题在新兴模式生物斑马鱼以及P19细胞中开展DHFR对心脏发育调节作用的研究，以DHFR功能下调组斑马鱼胚胎的心脏发育异常表型为切入点，探讨DHFR在斑马鱼心脏发育过程中以及在鼠心肌细胞形成和分化过程中对一些心脏发育密切相关因子以及重要信号通路如Hedgehog信号通路的调控作用。我们的研究旨在为阐明DHFR在心脏发育过程中的作用提供依据；另由于DHFR在生物进化过程中高度保守，在人类、鼠以及斑马鱼中高度同源，本课题也期望为在人群中开展早期预防和治疗由于叶酸生物学活性下降而导致的先天性心脏病提供线索。

人群中叶酸生物学活性降低可导致先天性心脏病的发生率明显上升，二氢叶酸还原酶基因（DHFR）是叶酸生物学活性通路中的关键因子，其功能异常将导致叶酸生物学活性发挥受抑制。DHFR 在生物进化过程中高度保守，在人类、鼠以及斑马鱼中其功能区高度同源。本课题在新兴模式生物斑马鱼以及小鼠胚胎干细胞中开展DHFR对心脏发育调节作用的研究，探讨DHFR 在斑马鱼心脏发育过程中以及在鼠心肌细胞形成和分化过程中对一些心脏发育密切相关基因（NKX2.5，MEF2C，TBX20，TBX1等）以及重要信号通路如Hedgehog 信号通路上下游基因（shh，ehh，FOXA2，PTC-1）的调控作用。本研究取得如下结果：1.成功的进行了斑马鱼胚胎DHFR表达阻抑和过表达。2.观察到DHFR功能异常斑马鱼胚胎存在明显心脏发育异常，不仅存在心室、心房以及心脏流出道形态发育异常，还存在心脏功能受损。3.成功进行了鼠心肌细胞的分化和培养，构建了用以使鼠心肌细胞DHFR表达阻抑和过表达的载体，并成功进行了心肌细胞内DHFR的表达阻抑和过表达。4.发现在斑马鱼心脏发育和鼠心肌细胞分化发育过程中，DHFR对上述心脏发育相关基因以及Hedgehog信号通路下游因子PTC-1的表达有调控作用，DHFR表达阻抑后基因(NKX2.5，MEF2C，TBX20，TBX1，PTC-1)的表达下降，而DHFR过表达后这些基因的表达不同程度的上调。5.同时我们发现DHFR还可影响胚胎发育过程中与心血管系统有共同前体的组织形成和分化（如：咽弓、血液系统等），为进一步阐明DHFR影响胚胎心脏发育的机理提供新线索。6.本课题对于叶酸挽救DHFR功能阻抑胚胎心脏发育异常的最佳时间窗也进行了探讨，发现在胚胎发育早期进行叶酸挽救效果最佳。我们的上述结果表明DHFR通过调控相关基因的表达而在心脏发育过程中有重要作用。本研究旨在为进一步阐明DHFR 在心脏发育过程中的作用提供依据，也期望为在人群中开展早期预防和治疗由于叶酸生物学活性下降而导致的先天性心脏病提供线索。