影響胚胎血管形成的因子的研究進展

馬秀娟 郝曉瑩

妊娠10周(受精后8周)內的胚體稱為胚胎，是主要器官完成分化的時期。良好的血管形成對于該時期胚胎發育、著床、侵入母體及構建母體-胚胎之間豐富毛細血管網極其重要，它不僅是妊娠早期胚胎攝取氧氣、必需營養物質、去除不必要的代謝廢物的基礎，也是妊娠中晚期胎盤形成、胎兒組織分化、生長發育、提供與母體間物質交換的重要核心。因此近年來血管形成對胚胎發育的研究及影響越來越受到重視。

一、胚胎血管形成形式

胚胎血管形成在受精后約18至20 d開始于胎盤絨毛中，并伴隨成血管細胞簇出現。血管系統這種過早發育的器官是向快速生長的胚胎提供營養和氧氣所必需。胚胎血管形成過程依賴于血管發生、血管生成兩種形式。其中血管發生是指由原位成血管細胞分化為內皮細胞并遷移形成原始新生血管的過程；而血管生成是指來自預先存在的血管以發芽、增殖的形式形成毛細血管叢的過程。血管發生和血管生成是兩種重要的調控各種生理的生物學機制，包括胚胎及胎兒發育、心臟和骨骼肌對體育鍛煉的反應及傷口愈合等。

二、目前最新研究的幾種影響胚胎發育中血管形成的因素

1.Elabela：Elabela是一種新的血管緊張素受體AT1相關的受體蛋白APJ的受體內源肽配體。APJ為七跨膜G蛋白偶聯受體，Apelin是APJ的內源性配體[1]。眾所周知，Apelin和APJ受體廣泛分布于多種器官，包括心臟、血管內皮、血管平滑肌細胞、腦、腎、胃、肺、脂肪組織、睪丸、卵巢和腺體，尤其是心血管系統。Apelin / APJ系統在各種生理和病理過程中發揮著重要作用，如心血管發育，血壓調節，免疫調節，細胞凋亡與增殖、葡萄糖代謝，脂肪代謝及血運重建。最近兩個獨立的研究小組確定了一種新的APJ受體內源肽配體，命名為Elabela[2-3]，也稱為Ela，官方名稱Apela,是一種含有32個氨基酸的循環肽激素。

Elabela的關鍵作用已在血管發生/血管生成中被揭開。Elabela在腎臟[4]和成人前列腺組織中表達[5]，誘導血管生成，并使小鼠的主動脈血管舒張[5]。顯而易見Elabela可充當循環系統的調節劑[2，5-6]。成血管細胞向中線的遷移是大型軸向血管—背主動脈和主要靜脈形成的核心，它們是心血管系統發育的基礎。血管內皮生長因子是胚胎和成體生物中血管生長的主要調節因子，先前已報道血管內皮生長因子調節成血管細胞向中線遷移[7]。然而，Helker等[8]報道，斑馬魚胚胎中血管內皮生長因子信號通路的缺陷對成血管細胞遷移并沒有影響，這表明存在另一種指導成血管細胞遷移的內源性信號。Xu等研究報道，血管母細胞向中線的遷移依賴于APJ受體[9]。但是，內源性Apelin(APJ的配體)不足以指導成血管細胞遷移。Elabela[1-2]被證明可以指導并幫助成血管細胞遷移到中線，更重要的是，Elabela起著主導作用，Apelin在調節成血管細胞遷移方面只具有微小的附加作用。根據這些結果可以提出Elabela是調節血管發生的關鍵步驟。

最近動物性研究證實Elabela在胚胎發育中發揮關鍵作用，如內胚層分化、心臟形態發生及骨骼形成[9]。而其在胚胎血管形成過程中的作用機制有待進一步研究。

2. 乳腺癌擴增序列3(breast cancer amplification sequence 3，BCAS3)：BCAS3是一種細胞骨架蛋白，可在體外促進細胞定向遷移和血管發生，并與人類癌癥和冠狀動脈疾病有關。最近研究發現BCAS3在小鼠原始紅細胞、血管前體細胞和內皮細胞中表達[10]。由此得出BCAS3可能參與了小鼠胚胎血管形成過程。

Shetty等[11]進一步證實了這一推測，他們采用了組織特異性基因消融技術敲除小鼠胚胎內皮細胞中BCAS3基因后，其RNA和蛋白質水平明顯降低，證實在此階段BCAS3主要表達在內皮細胞中,并且發現小鼠胚胎背主動脈和椎間靜脈血管在內的主要血管是不連續且雜亂的。在頭部和間質血管(interstitial blood vessel，ISV)的形態學和脈管系統中顯示出明顯的血管發生缺陷，如血管發芽缺陷，毛細血管減少以及未能發芽成毛細血管的間質血管(ISV)分支受損，致BCAS3 缺失胚胎在胚胎期9.5 d死亡。表明BCAS3對于小鼠胚胎血管生成很重要。該研究也發現BCAS3在正常胚胎卵黃囊血管系統中強烈表達，血管的免疫染色顯示BCAS3缺失胚胎的卵黃囊血管是不規則且蒼白的，而對照組小鼠卵黃囊中可以看到規則蜂窩狀血管網絡，表明BCAS3對于胚胎卵黃囊血管網絡重塑至關重要[11]。可見內皮BCAS3是小鼠胚胎早期血管重塑的必要條件，且在小鼠血管發生中起重要作用，而在人胚胎血管形成中的作用尚未見報道，有待進一步研究。

3. 漿膜蛋白-4B受體(nogo-breceptor，NgBR)：NgBR是一種跨膜蛋白,是神經軸突生長抑制因子B(neurite outgrowth in hibitor,Nogo-B)的受體[12]。Nogo-B是Nogo家族中唯一一種在血管中表達的亞型。NgBR是Nogo-B和血管內皮生長因子趨化作用所必需，也是血管內皮細胞遷移所必需[12]。一些研究表明NgBR在體內對小鼠和斑馬魚的胚胎和血管發育起關鍵作用[13-14]。完全缺乏NgBR導致植入前胚胎于胚胎期6.5 d死亡，提示其在動物早期胚胎血管發育中有重要作用[13]。

Rana等人研究顯示敲除小鼠胚胎內皮細胞特異性NgBR，結果小鼠胚胎于胚胎期11.5 d死亡，并且具有嚴重的血管組裝缺陷[15]。從機制上講NgBR缺失可通過消除絲/蘇氨酸蛋白激酶磷酸化，降低Nogo-B和血管內皮生長因子刺激的內皮細胞遷移。

同樣，Park等人利用基因消融技術敲除小鼠胚胎內皮細胞NgBR，結果顯示敲除內皮特異性NgBR導致胚外血管卵黃囊和胚胎本身的血管發育缺陷，導致早期胚胎死亡，其機制涉及內皮細胞中NgBR的缺失會導致細胞增殖減少并促進細胞凋亡，以及關鍵內皮蛋白(包括血管內皮生長因子受體2，血管上皮鈣粘蛋白)的糖基化缺陷所致。而蛋白質N-糖基化對于胚外和胚胎組織中血管發育有重要作用，如糖基化的血管內皮生長因子受體2調節血管內皮生長因子受體2運輸，信號傳導，血管重塑和血管生成[16]。可見NgBR在胚胎血管發育過程中的作用不可小覷。

4. 轉錄因子SOX7(SPY related high mobility group box 7,SOX7)：SOX基因家族編碼一組轉錄因子，其中SOX F亞組像其他SOX因子一樣，具有高遷移率DNA結合域且能識別AACAAT共有序列[17]。SOX F亞組包括SOX7，SOX17和SOX18，越來越多的證據表明他們在心血管發育中具有重要作用[18]。然而，SOX17具有多效功能并調節各種過程，包括：胎兒造血干細胞增殖[19]及心血管發育期間的動脈規范[20]。SOX18的缺乏導致其作用受限制，引起淋巴管生成的特定缺陷[21]。相比之下，SOX7的功能作用更受廣大研究者的關注，最近研究發現在小鼠胚胎血管發育早期，轉錄因子SOX7是血管發生和血管生成所必需[22]。

在胚胎發育過程中，第一個血管通過血管發生在胚胎外卵黃囊中形成，而血管發生在中胚層祖細胞形成血島后開始[23]。血島內部的細胞分化為血細胞，而外部的細胞分化成內皮前體細胞(endothelial precursor cell，EPC)，其遷移并締合形成原始血管叢[24]。在胚胎中，EPCs遷移形成內皮細胞和弦，分化成主要的動脈和靜脈[25]。SOX7在小鼠胚胎大部分EPC、血液島中表達[22]。Wat等研究表明Sox7缺失小鼠胚胎的大體形態學檢查提示存在潛在的血管缺陷[26],如在胚胎期10.5 d出現血管生成、分支和發芽缺陷[27]。另外兩個研究也發現Sox7完全敲除后胚胎在血管發生和血管生成方面具有嚴重缺陷，Sox7完全缺乏導致胚胎期10.5 d的完全滲透性胚胎致死表型，其特征在于嚴重的生長遲緩以及卵黃囊中沒有大血管[3，18]。由此可見在胚胎發育早期，轉錄因子Sox7在血管形成過程中對血管發生和血管生成是至關重要的。

5. 激活STAT-1蛋白抑制劑(protein inhibitor of activated STAT1,PIAS1)：Pias1是少數已知的泛素修飾物E3(SUMOylation E3,SUMOE3)連接酶之一。Pias1涉及多種重要的生物過程，包括先天免疫，DNA修復和表觀遺傳調控等功能[28-29，30]。

最近Constanzo等人研究發現Pias1主要表達于小鼠胚胎內皮細胞中，在小鼠胚胎發育中有重要作用，Pias1缺失會損害小鼠胚胎卵黃囊血管生成，并導致毛細血管叢形成缺陷[31]。研究也發現敲除胚胎Pias1以后，小鼠胚胎卵黃囊血管內出現顯著細胞凋亡及紅細胞損失，大約90%的Pias1敲除后，胚胎在胚胎期10.5 d和12.5 d之間在子宮內死亡，幸存的10%可能是其他Pias家族成員Pias3或Pias4或SUMOylation機制成員如SUMOE3連接酶的補償結果。有學者表示由Pias1缺失引起的胚胎紅細胞生成缺陷最有可能是造成小鼠胚胎致死的原因[31]，因為胚胎期9.5 d和12.5 d之間，循環紅細胞通過營養輸送和氣體交換來支持胚胎生長及存活[32]，并參與小鼠胚胎卵黃囊血管發生，促進內皮重塑和毛細血管叢的形成[33]。由此可見，在小鼠胚胎發育過程卵黃囊中的紅細胞生成和新生血管生成是相互作用的過程。Pias1是小鼠胚胎中卵黃囊紅細胞生成和血管生成的重要調節因子。

三、小結

綜上所述，在妊娠期良好胚胎血管形成對于胚胎的發育是必須的，可使母體-胚胎這兩個循環系統保持密切接觸。胚胎血管形成的顯著缺陷導致胚胎發育不良、畸形甚至死亡。目前，約50%原因不明胚胎停育與血管生成及血管發生缺陷、減少，血管功能不全、微血管密度數量異常等所導致胚胎供血不足密切相關。胚胎停育的發病率呈現出了逐年升高的趨勢，是影響育齡期婦女生殖健康及心理健康的重大疾病之一，受到了國內外學者的關注和重視，因此，對血管形成與胚胎發育關系的深入研究具有重要的科學價值和臨床實踐價值。