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Nature Communications | 肠道与肠系膜动脉形成的新机制研究

Nature Communications | 肠道与肠系膜动脉形成的新机制研究
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该研究首次揭示了胚胎发育过程中Esm1+内皮细胞在肠道和肠系膜动脉生成中的关键作用,并鉴定了Itgb1和VEGF-C/VEGFR3信号在该过程中的必要性。为动脉发育相关疾病的机制研究和治疗策略提供了新线索。

 

文献概述
本文《Artery formation in the intestinal wall and mesentery by intestine-derived Esm1+ endothelial cells》发表于《Nature Communications》杂志,回顾并总结了胚胎发育过程中肠道动脉形成的机制,重点聚焦于Esm1+内皮细胞的起源、迁移能力及其在动脉网络中的贡献。研究结合遗传谱系追踪、免疫组化和单细胞RNA测序等手段,揭示了这些细胞的分子特征和功能动态,进一步分析了Itgb1和VEGF-C/VEGFR3信号在动脉生成中的作用。整段通顺、有逻辑,结尾用中文句号

背景知识
动脉形成是器官发育、稳态维持和组织修复的重要环节。尽管已有研究揭示了早期背主动脉和主静脉的生成机制,但对胚胎期及出生后肠道和肠系膜动脉形成的分子调控仍知之甚少。Esm1(内皮细胞特异性分子1)是已知的内皮尖端细胞标志物,在视网膜和心脏动脉生成中发挥重要作用。本研究首次发现Esm1+细胞不仅存在于肠道绒毛毛细血管网络,还能迁移到肠壁及肠系膜动脉中,并经历形态和基因表达的显著变化。研究进一步揭示Itgb1和VEGF-C/VEGFR3信号通路在Esm1+细胞向动脉内皮转化过程中具有关键作用,填补了当前关于肠道动脉生成机制的认知空白。这些发现为动脉发育障碍、动静脉畸形等相关疾病研究提供了细胞与分子基础。

 

基因敲除小鼠:通过基因敲除技术研究基因在全身组织中的功能,适用于基础生物学研究、疾病模型构建、药物研发及组织发育研究。提供从模型构建、表型分析到机制验证的全流程支持。

 

研究方法与实验
本研究采用Esm1-CreERT2转基因小鼠结合Rosa26-mTmG报告系统进行遗传谱系追踪,结合免疫组化和单细胞RNA测序(scRNA-seq)分析Esm1+细胞的分子特征及其在肠道和肠系膜动脉生成中的作用。此外,研究通过Itgb1基因敲除和Vegfc基因失活小鼠模型,评估Esm1+细胞在动脉形成中的依赖性。研究还比较了视网膜与肠道Esm1+细胞的基因表达差异,揭示组织特异性功能分化。

关键结论与观点

  • Esm1+内皮细胞在胚胎期肠道绒毛中形成一个独特的分子特征,具有向动脉内皮分化的潜能。
  • 这些细胞不仅贡献于肠道壁动脉,还迁移至远端肠系膜动脉,参与其形成。
  • Itgb1基因在Esm1+细胞中对动脉生成至关重要,其缺失导致肠系膜动脉直径减小及细胞形态异常。
  • VEGF-C/VEGFR3信号通路在Esm1+细胞迁移和动脉网络扩展中起关键作用,缺失该信号会导致动脉生成缺陷。
  • scRNA-seq分析揭示Esm1+细胞在动脉生成过程中经历细胞周期阻滞和基因表达重编程,向Bmx+动脉内皮细胞过渡。
  • 出生后,Esm1+细胞仍持续在肠道毛细血管中表达,但不再参与肠系膜大动脉生成。
  • 本研究揭示了肠道动脉发育与视网膜动脉生成在分子特征和微环境依赖性上的差异。

研究意义与展望
本研究为理解器官特异性动脉生成提供了新机制,揭示了Esm1+细胞作为肠道动脉祖细胞的生物学角色。未来研究可进一步探索这些细胞在疾病模型中的功能变化,以及靶向调控VEGF-C/VEGFR3和Itgb1信号通路的治疗潜力,为先天性动脉发育异常及相关血管疾病的干预提供新策略。

 

条件性基因敲除小鼠:利用Cre-LoxP系统实现特定组织或细胞类型的基因敲除,避免胚胎致死问题,适用于研究基因在特定组织或生理阶段的功能,支持疾病机制与药物靶点研究。

 

结语
本研究系统性地揭示了Esm1+内皮细胞在胚胎期肠道及肠系膜动脉生成中的作用,发现其迁移和分化依赖于Itgb1和VEGF-C/VEGFR3信号通路。通过多组学分析和遗传工具,研究团队明确了Esm1+细胞的分子特征及其在动脉发育中的功能转换。这些发现不仅拓展了内皮细胞异质性的认知,也为动静脉畸形、肠道缺血性疾病等的机制研究和靶向治疗提供了理论基础。未来可进一步研究该信号轴在疾病模型中的功能变化,并探索其在组织工程与再生医学中的应用潜力。

 

文献来源:
Esther Bovay, Kai Kruse, Emma C Watson, Mark L Kahn, and Ralf H Adams. Artery formation in the intestinal wall and mesentery by intestine-derived Esm1+ endothelial cells. Nature Communications.