动脉和静脉祖细胞特化和分化的调控机制研究

The development of artery and vein requires specific types and numbers of endothelial stem cells. Our recent study identifies Hedgehog (Hh) signaling regulates specification and formation of arterial and venous progenitor cells. Hh signaling deficiency causes a loss of arterial progenitor cells, whereas cell numbers of venous progenitors are increased proportionally. How arterial and venous progenitor cells are differentiated and separated from endothelial stem cells is an important question. In this project, we will employ zebrafish as a model system to create Hh-signaling mutants using CRISPR/Cas9 knockdown technique, and determine whether Patched receptor regulates directly the specification of arterial and venous cells. We will explore how Hh signaling induces and converts endothelial stem cells to become arterial progenitor cells. Lastly, we will understand the mechanisms whereby Tbx20 transcriptional factor regulates the specification and separation of arteries and veins. We will also explore whether Hh signaling cooperates with Tbx20 to regulate the development of artery and vein. Our study not only provides insights into the propensity of human cardiovascular disease occurring in the arterial system, but may also aid in designing novel therapeutics for tissue self-repair.

动脉和静脉的形成和发育需要特定类型和数量的血管内皮干细胞。我们近期的研究工作发现Hedgehog（Hh）信号是调控动脉和静脉祖细胞特化（specification）和发生的关键信号通路。Hh信号缺陷导致动脉内皮细胞缺失，而静脉内皮细胞成比例增加。动脉和静脉祖细胞如何从血管内皮干细胞分化和分离是一个重要的科学问题。本课题拟借助模式动物斑马鱼，利用CRISPR/Cas9基因敲除技术构建Hh信号通路相关基因的突变体，确定Hh 信号受体Patched对动静脉特化的直接调控作用，揭示Hh信号如何以时空方式诱导迁移中的血管内皮干细胞特化成动脉祖细胞。最后，我们还将确定Tbx20转录因子调控动静脉特化和分离的机理，并探索Tbx20是否与Hh信号协同调控动脉和静脉发育。我们的研究不仅有助于洞悉人类心脑血管疾病发生于动脉的倾向性,还将为血管自我修复的前沿疗法提供新思路。

一 发现了VEGF信号通路在血管发育中的新作用。.动脉和静脉的形成需要特定类型和数量的血管内皮干细胞。尽管动脉和静脉内皮细胞分化的研究取得了一些进展，但是调控动脉和静脉内皮祖细胞特化的信号分子机制仍不清楚。我们课题组长期致力于动脉和静脉祖细胞特化和分化的调控机制研究，鉴定了第一个在血液循环开始之前就特异性表达于动脉内皮细胞的转录因子Grl/Hey2, 揭示了Notch-Grl及Hedgehog（Hh）信号具有调节动脉与静脉分化及维持血管稳态的关键作用。血管内皮生长因子（VEGF）作为Hh信号激活的效应分子，在血管新生中发挥了无可替代的作用，也是目前所有促血管生成因子中研究的焦点之一。我们通过构建vegf突变体和过表达转基因斑马鱼，全面分析了Vegf信号通路缺陷和激活对血管发生和生长的作用。明确了VEGF信号通路在动静脉分化过程中的新表型：Vegf信号缺陷导致背主动脉缺失与后主静脉扩张，Vegf信号激活引起背主动脉扩张，后主静脉缺失；揭示了Vegf信号在动静脉内皮细胞分化中的新机制：Vegf信号是通过抑制静脉内皮细胞发生来促进动脉内皮细胞形成；新发现了Vegf信号对于脑中央动脉和中脑静脉形成具有的重要功能；探讨了Vegf信号梯度和作用范围对血管正常生长的重要性。我们的研究成果是对以往VEGF信号在促血管生长功能研究成果的有益补充。..二 发现ARHGEF17是颅内动脉内皮细胞瘤发生的风险因子。.颅内动脉瘤多为发生在颅内动脉管壁上的因先天性缺陷或颅内压力增高引起的异常膨出，是造成蛛网膜下腔出血的首位病因，发病率约占全部人群的2-6%，任何年龄都可发病，但造成颅内动脉瘤形成的分子病因尚不甚清楚。该研究利用我们在动静脉发生和形成中的专业优势，通过对来源于不同家系的颅内动脉瘤患者的全基因组测序或全外显子组测序的结果分析，结合对多个未被解释的家系病人的测序数据及散发病人中数据分析，并借助模式动物斑马鱼活体内基因功能缺陷的研究，发现ARHGEF7基因中的rs2298808为该疾病的风险因子。为该疾病的早期筛查和预警提供了证据。