王鳳姣

脊椎動(dòng)物心臟發(fā)育是一個(gè)復(fù)雜的過程，需要特定基因的精確時(shí)空表達(dá)， 需要大量轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控，此過程中任何一個(gè)環(huán)節(jié)稍有差錯(cuò)就可能導(dǎo)致心臟發(fā)育不正常。 世界衛(wèi)生組織將心血管疾病列為人類生命的第一殺手，了解參與正常心臟發(fā)育過程中的調(diào)控基因和信號(hào)分子有助于人們深入理解心臟疾病的發(fā)生和發(fā)展，為臨床治療提供理論基礎(chǔ)。

1 心臟的發(fā)生與發(fā)育

心臟是哺乳動(dòng)物胚胎發(fā)育過程中最早形成的器官，通過產(chǎn)生有效的血流為機(jī)體的組織和器官提供氧氣和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。 心臟起源于臟壁中胚層，人類的心臟發(fā)育從胚胎21 天（Day21）左右開始，小鼠的心臟發(fā)育從胚胎6 天（E6）左右開始。在小鼠心臟發(fā)育過程中，E6 出現(xiàn)雙側(cè)生心區(qū)，隨后生心區(qū)細(xì)胞遷移融合并在E7 形成新月形結(jié)構(gòu)， 該區(qū)域也被稱為第一心區(qū)（First Heart Field，F(xiàn)HF）。 新月結(jié)構(gòu)逐漸發(fā)育形成2 條原始心管并在E8.5 開始融合［1］。當(dāng)心管開始收縮和泵血時(shí)，咽前中胚層和臟壁中胚層的第二心區(qū)（Second Heart Field，SHF）心臟前體細(xì)胞遷移至心管，參與心臟形成。E9.5 心管開始膨大、扭曲、變形等形成心球、原始心室、原始心房和靜脈竇［2］；E10.5 時(shí)起，心球和動(dòng)脈干之間的隔膜、房室間隔、 原始心房?jī)?nèi)隔和原始心室內(nèi)隔逐漸形成。E14.5 時(shí)，小鼠心臟結(jié)構(gòu)發(fā)育已基本完成。

2 PDGF 和PDGFRα

血小板源性生長(zhǎng)因子（Platelet-derived Growth Factor，PDGF）具有酪氨酸激酶活性，通過自分泌的方式刺激成纖維細(xì)胞、血管平滑肌細(xì)胞和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的增殖和遷移［3-6］。 PDGF 有四種亞型，分別是PDGF-A、-B、-C 和-D， 形 成 四 種 同 源 二 聚 體PDGF-AA、PDGF-BB、PDGF-CC 和PDGF-DD 以及一種異源二聚體PDGF-AB。PDGF 的受體有兩種亞型：PDGFRα 和PDGFRβ， 這兩種受體均屬于Ⅲ型酪氨酸激酶受體家族 （receptor tyrosine kinases，RTK）。 生物體內(nèi)的PDGFR 以二聚體的形式存在，分別為同源二聚體PDGFR-αα、PDGFRββ 和異源二聚體PDGFR-αβ。如圖1 所示，αα 結(jié)合除PDGFDD 以外的所有 亞 型， 而αβ 結(jié)合PDGF-AB 和PDGF-BB，可能結(jié)合PDGF-CC 和PDGF-DD。 1974年Ross 等首次在血清中檢測(cè)到PDGFRα，隨后的研究表明：PDGFRα 參與Ras-MAKP、PLCγ、PI3K 和Src 等信號(hào)通路，能驅(qū)動(dòng)包括細(xì)胞增殖、細(xì)胞存活、細(xì)胞遷移、細(xì)胞外基質(zhì)沉積和組織重塑因子沉積在內(nèi)細(xì)胞反應(yīng)。

圖1 PDGFRα 信號(hào)通路示意圖

3 PDGFRα 與心臟的發(fā)育

PDGFRα 能夠介導(dǎo)間充質(zhì)細(xì)胞的分化和遷移等，對(duì)于心臟的發(fā)生和發(fā)育起著重要作用［7，8］。 小鼠胚胎心臟發(fā)育的過程中，早期中胚層細(xì)胞、心臟神經(jīng)嵴細(xì)胞和SHF 來源的心外膜細(xì)胞及其衍生細(xì)胞（如心肌間質(zhì)細(xì)胞和心臟成纖維細(xì)胞） 均能檢測(cè)到PDGFRα 的表達(dá)。 研究發(fā)現(xiàn)，PDGFRα 缺失的小鼠胚胎期易出現(xiàn)死亡，其原因是該小鼠存在心臟發(fā)育缺陷，而嚴(yán)重缺少血管平滑肌細(xì)胞小鼠出生后即快速死亡［3，9］。

3.1 PDGFRα 與心臟神經(jīng)嵴細(xì)胞在心臟發(fā)育過程中， 心臟神經(jīng)嵴細(xì)胞主要參與流出道的構(gòu)建。PDGFRα 天然突變和無效突變的小鼠在心臟神經(jīng)嵴發(fā)育過程中出現(xiàn)隱性缺陷，由此可知PDGFRα 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)對(duì)于心臟神經(jīng)嵴的發(fā)育是必需的。 Tallquist等［8］利用Cre/loxP 重組系統(tǒng)獲得在顱神經(jīng)嵴細(xì)胞中條件性敲除PDGFRα 的轉(zhuǎn)基因小鼠，發(fā)現(xiàn)心臟神經(jīng)嵴細(xì)胞中PDGFRα 的缺失會(huì)導(dǎo)致主動(dòng)脈弓的形態(tài)異常、血管缺陷，其中最嚴(yán)重的血管發(fā)育缺陷為持續(xù)性動(dòng)脈瘤。另外心臟神經(jīng)嵴細(xì)胞中PDGFRα 的缺失也導(dǎo)致室間隔缺損。 該小鼠的顱神經(jīng)嵴細(xì)胞能按照預(yù)定的方向遷移；分化為血管平滑肌的過程未出現(xiàn)異常； 細(xì)胞增殖和凋亡水平與野生型之間無差異。究其原因可能是PDGFRα 通過調(diào)節(jié)基質(zhì)沉積等細(xì)胞反應(yīng)參與調(diào)節(jié)主動(dòng)脈弓區(qū)域重塑的過程出現(xiàn)異?；蛐∈笕鄙貾DGFRα 陽性的顱神經(jīng)嵴細(xì)胞。此外， 內(nèi)皮來源的間充質(zhì)細(xì)胞的PDGFRα 信號(hào)傳導(dǎo)對(duì)神經(jīng)嵴細(xì)胞的遷移起著一定作用，PDGFRα 在內(nèi)皮來源的細(xì)胞中缺失會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)嵴細(xì)胞遷移的缺陷［10］。

3.2 PDGFRα 與心外膜在心臟發(fā)育過程中，早期胚胎心管原始心肌最外層的衍生物參與心外膜的形成。 最近的研究表明，心外膜對(duì)心肌的生長(zhǎng)和成熟以及對(duì)心血管和結(jié)締組織的發(fā)育至關(guān)重要，是心臟發(fā)育不可或缺的組分。 Smith 等［11］的研究表明，心外膜中特異性敲除PDGFRα 的小鼠缺乏血管平滑肌細(xì)胞和心肌基質(zhì)成纖維細(xì)胞。 該小鼠的PDGFRα 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)出現(xiàn)異常并導(dǎo)致Sox9 表達(dá)降低，心外膜在上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化失敗且不形成心外膜衍生細(xì)胞，因此缺乏血管平滑肌細(xì)胞和心肌基質(zhì)成纖維細(xì)胞。 而Sox9 可以挽救該小鼠所見的上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化缺陷。 因此，PDGFRα 對(duì)心外膜的上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化具有重要作用。

3.3 PDGFRα 與心臟成纖維細(xì)胞PDGFRα 是心臟成纖維細(xì)胞發(fā)育需要的酪氨酸激酶受體，能夠指導(dǎo)心外膜來源的成纖維細(xì)胞的遷移和分化［11，12］。 心臟成纖維細(xì)胞是心臟的常駐種群，具有平衡細(xì)胞外基質(zhì)（如膠原蛋白等）的產(chǎn)生和降解的作用。 其來源有兩種：一是起源于心外膜，在胚胎發(fā)育過程中心外膜細(xì)胞通過上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)變， 然后穿過心肌成為心臟成纖維細(xì)胞；二是起源于心內(nèi)膜，也通過上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)變和遷移到心肌成為心臟成纖維細(xì)胞［13］。 Malin 等［14］的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明這兩個(gè)心臟成纖維細(xì)胞譜系都需要PDGFRα 信號(hào)作為穩(wěn)態(tài)生存信號(hào)。 當(dāng)心臟損傷時(shí)，心臟成纖維細(xì)胞會(huì)活化成為肌成纖維細(xì)胞。 研究發(fā)現(xiàn)，心肌肥大或心臟纖維化過程中駐留的成纖維細(xì)胞增殖和擴(kuò)張成為肌成纖維細(xì)胞。 Milena［15］利用SCA1 分選 出CD45-；CD31-；CD29+；mEFSK4+；PDGFR+；Sca-1+；Periostin+心臟成纖維細(xì)胞子集。 該心臟成纖維細(xì)胞子集能夠產(chǎn)生如Chemokine（C-C motif） ligand 11（CCL11）的 細(xì)胞因子和趨化因子。 CCL11 是調(diào)節(jié)嗜酸性粒細(xì)胞向心臟運(yùn)輸?shù)闹饕吇蜃樱?6］。 Renée 等［7］的研究結(jié)果顯示， 心臟成纖維細(xì)胞需要PDGFRα，PDGFRα 信號(hào)對(duì)心臟成纖維細(xì)胞的存活是必需的。 Klinghoffer等［17］發(fā)現(xiàn)磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）信號(hào)傳導(dǎo)是PDGFRα 在鼠胚胎發(fā)育中的關(guān)鍵下游效應(yīng)子。

3.4 PDGFRα 與心臟祖細(xì)胞PDGFRα 在小鼠和人類的心臟干細(xì)胞中表達(dá)，能夠識(shí)別SHF 區(qū)域后部的心臟祖細(xì)胞，是心臟祖細(xì)胞的已知標(biāo)志物［18-20］。James 等［21］檢測(cè)人類胎兒和患病成人心臟中PDGFRα的表達(dá)時(shí)發(fā)現(xiàn)其在心外膜、心肌和心內(nèi)膜的間質(zhì)細(xì)胞以及冠狀動(dòng)脈平滑肌中表達(dá)強(qiáng)，在內(nèi)皮細(xì)胞和心肌細(xì)胞中觀察到PDGFRα 的低表達(dá)。 該結(jié)果提示PDGFRα 陽性的祖細(xì)胞是心外膜的衍生物。

4 PDGFRα 與人類心臟疾病

心臟病是人類健康的頭號(hào)殺手，其中心肌梗死和心力衰竭是造成這種致死性的根本原因。 在長(zhǎng)期的心力衰竭中， 間質(zhì)纖維化會(huì)在整個(gè)心臟內(nèi)累積，導(dǎo)致心肌壁和隔膜的僵硬， 并逐漸惡化心臟功能。心肌梗死后急性愈合纖維化和心力衰竭期間長(zhǎng)期進(jìn)行性間質(zhì)纖維化主要是由成纖維細(xì)胞的激活和功能介導(dǎo)。 PDGFRα 在心臟發(fā)育過程中能夠促進(jìn)心臟纖維化，也能在損傷后驅(qū)動(dòng)組織炎癥反應(yīng)，如內(nèi)皮損傷后的傷口愈合并刺激局部成纖維細(xì)胞活化。

小鼠中PDGFRα 的激活會(huì)導(dǎo)致包括心臟在內(nèi)的多器官纖維化， 其配體Pdgf-a 和-c 過表達(dá)的小鼠心臟也出現(xiàn)不同程度的纖維化，而腺病毒介導(dǎo)的Pdgf-a 和-c 加速了心臟纖維化和慢性排斥反應(yīng)的轉(zhuǎn)移［22-25］。 Pdgf-a 過表達(dá)產(chǎn)生的較強(qiáng)的纖維化作用是由心臟間充質(zhì)細(xì)胞中的PDGFRα 介導(dǎo)的，PDGFRα 信號(hào)可能是細(xì)胞外基質(zhì)變性和纖維化反應(yīng)的來源。心肌注射表達(dá)PDGFs 的腺病毒也可能通過激活PDGFRα 導(dǎo)致炎癥反應(yīng)增加。通過觀察心臟發(fā)育過程中PDGFRα 表達(dá)模式和α-MHC-PDGF轉(zhuǎn)基因小鼠的表型，Gallini 等［26］認(rèn)為PDGFRα 陽性細(xì)胞參與了纖維化反應(yīng)，是纖維化反應(yīng)的關(guān)鍵參與者。部分PDGFRα 陽性的細(xì)胞起著間充質(zhì)細(xì)胞的作用，在炎癥或損傷中能分化為內(nèi)皮細(xì)胞或具有作為原 纖 維 化 細(xì) 胞 的 能 力［27］。 Wang 等［28］的 研 究 發(fā) 現(xiàn)PDGF-AA/PDGFRα 信號(hào)通過激活c-Kit 激活了心臟成纖維細(xì)胞。

5 PDGFRα 與心臟再生治療

成年人類心臟中PDGFRα 表達(dá)的研究主要是對(duì)成年心臟異體移植活檢進(jìn)行分析，在心臟移植前PDGFRα 的表達(dá)水平低，移植后1 周表達(dá)明顯提高并在移植1 年后恢復(fù)基線水平［29，30］。 這與PDGFRα在組織損傷修復(fù)中的作用息息相關(guān)。 此外在心臟修復(fù)和再生方面， 心臟修復(fù)細(xì)胞療法被廣泛地研究。越來越多的人推測(cè)，通過在進(jìn)入受損心臟之前增加候選細(xì)胞可以彌補(bǔ)心臟細(xì)胞療法的不良療效。 心臟祖細(xì)胞已被運(yùn)用到心臟和再生的修復(fù)工作中。 成年人體內(nèi)存在內(nèi)源性心臟祖細(xì)胞，這些細(xì)胞具有長(zhǎng)期自我更新能力，具有能分化為心肌細(xì)胞、血管平滑肌細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞的能力， 在損傷后新的心臟組織的形成中可能有促進(jìn)作用［21，31-33］。在心臟再生臨床試驗(yàn)中， 已經(jīng)測(cè)試了幾種成年干細(xì)胞群體的心臟修復(fù)效果，并取得了令人鼓舞的臨床前和臨床結(jié)果［34-36］。

James 等［21］發(fā)現(xiàn)PDGFRα 陽性細(xì)胞在體外分化后表達(dá)平滑肌α-肌動(dòng)蛋白和平滑肌肌球蛋白或者內(nèi)皮細(xì)胞標(biāo)記蛋白CD31， 即PDGFRα 陽性細(xì)胞在體外分化可產(chǎn)生平滑肌細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞。Le 等［37］從8 個(gè)未患病的人類心臟樣本中分離了心臟祖細(xì)胞，所得細(xì)胞對(duì)成纖維細(xì)胞標(biāo)記波形蛋白、間充質(zhì)細(xì)胞標(biāo)記PDGFRα 和CD90 以及多能性基因SOX2、MYC 等呈強(qiáng)陽性。 該細(xì)胞在體外能分化為平滑肌、內(nèi)皮細(xì)胞和心肌細(xì)胞樣， 具有多潛能性。 PDGFRα陽性的心臟祖細(xì)胞群體高表達(dá)心血管標(biāo)志物，能分化為心血管譜系。單細(xì)胞測(cè)定法證明了PDGFRα 陽性心臟祖細(xì)胞的克隆形成性，并具有較長(zhǎng)的自我更新能力。 Le 等［38］進(jìn)一步表征表達(dá)PDGFRα/CD90 的心臟間充質(zhì)細(xì)胞，并使用人類端粒酶反轉(zhuǎn)錄酶過表達(dá)來增加心臟間充質(zhì)細(xì)胞誘導(dǎo)心肌梗死后修復(fù)心臟的能力。 PDGFRα 陽性的心臟間充質(zhì)細(xì)胞是心臟成纖維細(xì)胞中一個(gè)具有高可塑性的亞群。 而過表達(dá)人類端粒酶反轉(zhuǎn)錄酶的PDGFRα 陽性的心臟間充質(zhì)細(xì)胞提高了其在細(xì)胞存活、細(xì)胞分化、基質(zhì)調(diào)節(jié)和血管生成等方面的能力。 心肌梗死的大鼠在移植該細(xì)胞群后心臟功能得到增強(qiáng)。 由此可見PDGFRα陽性的心臟間充質(zhì)細(xì)胞在人類端粒酶反轉(zhuǎn)錄酶再生能力和心肌梗死后的心臟修復(fù)得到增強(qiáng)。

心臟PDGFRα 陽性細(xì)胞似乎可以維持人心臟的血管和間質(zhì)區(qū)室，具有祖細(xì)胞的特性。 人類心臟祖細(xì)胞的表征對(duì)于當(dāng)前的心臟修復(fù)和再生工作非常重要，因此有必要對(duì)PDGFRα 陽性細(xì)胞在心臟修復(fù)療法進(jìn)行進(jìn)一步研究。

6 小 結(jié)

PDGFRα 參與心臟的發(fā)生和發(fā)育，其缺失或異常激活均導(dǎo)致心臟發(fā)育異常。 PDGFRα 基因缺失或異常激活的小鼠為心臟的病理研究提供實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，如PDGFRα 基因突變的小鼠表型類似于心臟神經(jīng)嵴細(xì)胞缺陷性疾病；PDGFRα 基因敲除的小鼠表型類似于心肌致密化不全；PDGFRα 基因過表達(dá)的小鼠表型類似于心臟纖維化。 因此，PDGFRα 可作為心臟疾病治療的潛在靶點(diǎn)，對(duì)PDGFRα 在心臟發(fā)育過程中的作用機(jī)制研究將有助于更好地理解心臟的發(fā)育過程、心臟疾病的發(fā)生和治療。