细胞自噬在正常和应激状态下的胚胎早期血管系统生成中的作用研究

Vasculature formation, which is one of the earliest processes of vertebrate organogenesis, plays the important role in the embryo and fetal development. Recently, the accumulating data indicated the role of cell autophagy on cell remodeling during embryonic organogenesis. However, the role of autophagy in the vasculature formation has still been obscure. In our previous study, we found that autophagy-related genes including ATG7 were expressed in the vascular system of early developing embryos. The angiodysplasia could be found following the treatment of autophagy interference agent in chick embryos. Likewise, placental vascular dysplasia occurred at autophagy-related gene knock-out mice. All of these data suggests that autophagy plays an important role in early embryonic vasculature formation. In this study, we would like to employ ATG7-/- (or conditional KO mice based on the experimental progress) or p110δ-/- knock-out mice and autophagy-interfered chick embryos to investigate the expression pattern of autophagy-related genes and the crucial angiogenesis-related genes during vasculature formation under normal physiological conditions, or stress state according to the chronological order of vasculature formation (vasculogenesis and angiogenesis) using in situ hybridization and immunofluorescence, qRT-PCR and Western blot, microarray, real time-lapse recording respectively. These experimental data would reveal the precise role of autophagy during differential stages of vasculature formation, and provide theoretical and experimental basis for congenital disease and abortion caused by angiodysplasia.

血管系统的生成是脊椎动物器官发生中的最早进程之一，其对胚胎和胎儿的正常发育有着至关重要的影响。近来，细胞自噬在胚胎器官形成中细胞重塑功能的研究越来越多，但细胞自噬在血管系统生成中的作用尚不完全明确。我们的前期研究发现ATG7等多个自噬基因表达在早期胚胎血管发生的不同阶段，且自噬干扰剂处理鸡胚及自噬相关信号的转基因鼠模型血管发育不良，提示自噬在胚胎早期血管系统生成中发具有重要的作用。本研究，我们将以ATG7-/-、p110δ-/-等基因敲除鼠，STZ诱导糖尿病鼠和鸡胚为模型，按照血管系统生成的时程（血管发生和血管新生），利用Time lapse、原位杂交、免疫荧光、qRT-PCR、Western blot以及Microarray等技术研究自噬调控血管生成的基因功能学机制，揭示正常生理和应激状态下，细胞自噬在胚胎早期血管系统生成中的作用，为先天性血管生成不良导致的疾病及流产提供理论和实验依据。

本研究利用鸡胚和小鼠胚胎的不同优势，按照血管系统发育的过程，系统的研究细胞自噬在正常和不同应激状态下对胚胎血管系统的影响机制，揭示了（1）自噬相关基因在血管前体细胞和血管内皮细胞中均有表达，高糖环境会导致血岛发育不良，而采用黄芩苷可以通过干预细胞自噬和氧化应激水平，改善高糖环境诱导的胚胎血管发生异常；（2）干扰自噬会影响卵黄膜和尿囊膜血管的生成速度，自噬会影响血管新生相关基因（如Ang1、Ang2以及VEGFA等）的表达；干扰自噬后，血管的稳定性降低，自噬会影响血管内皮细胞的迁移能力，血管内皮细胞的成管能力下降；自噬会影响血管内皮细胞间的细胞连接（主要是粘着连接和紧密连接），干扰自噬会导致血管内皮细胞内的细胞骨架(F-actin)紊乱；（3）通过我们对自噬相关工作的研究，揭示了黄芩苷和萝卜硫素等自噬调节剂可以显著改善胚胎血管系统的生成。本研究丰富了发育生物学关于胚胎早期血管系统发生方面的研究，更为今后临床上对于妊娠糖尿病、酒精胎儿综合征导致的血管系统疾病的防治提供了一定的理论基础支持。相关研究成果以（共）通讯作者发表SCI论文27篇，授权专利2项；项目资助下，1名博士后出站，4名博士研究生和7名硕士研究生获得学位，多次受邀参加国内外学术报告，完成了项目的预期目标。