利用体外尿道发育新模型研究ATF3基因在雌激素诱导的尿道下裂中的作用

尿道下裂是泌尿生殖系统常见的先天性发育异常，发病率约占存活男性新生儿1/250-300，近年来发病率呈不明原因的成倍增长，探索尿道下裂的发病原因，以便采取相应的预防措施、降低其发病率，是目前急待解决的问题。我们在前期研究中通过基因芯片在人尿道下裂组织中筛选出一个重要的相关基因- - ATF3，属于雌激素敏感基因，在人尿道下裂组织中高表达；此外动物实验发现雌激素可以诱导仔鼠产生尿道下裂，因此我们提出"环境中雌激素样化合物的增多是工业化国家尿道下裂发病率急剧上升的原因"的假说，而雌激素对尿道发育的影响还未阐明，我们通过构建生殖结节器官培养的尿道发育模型，在体外深入研究雌激素对尿道发育的影响机制、对ATF3的调控以及ATF3在雌激素诱导尿道下裂中所扮演的角色，进而为尿道下裂的预防提供理论基础和研究方向，为优生优育提供依据和指导。

尿道下裂是泌尿生殖系统常见的先天性发育异常，探索尿道下裂的发病原因，采取相应的预防措施、降低其发病率，是目前急待解决的问题。我们在前期研究中提出了 “ATF3是尿道下裂产生的一个重要候选基因”，但其具体作用机制尚不明确。我们通过构建生殖结节（genitoanal tubercle, GT）器官培养的尿道发育模型，在体外深入研究雌激素对尿道发育的影响机制。首先，通过GT器官培养建立了新的尿道发育模型和尿道下裂模型。通过尿道下裂模型，发现过量的雌激素抑制了GT尿道上皮细胞和周围间质细胞的增殖，引起GT细胞凋亡的有序性紊乱，最终导致GT中尿道口的延伸和尿道的管化受阻，形成尿道下裂。进一步研究发现雌激素干预可以上调GT尿道周围间质中适应性反应基因ATF-3的表达。但是，ATF3上调伴随GT中TGF-β1及其受体TGF-βRⅢ，雄激素下游基因成纤维细胞生长因子（fibroblast growth factor10，FGF10）及其受体FGFR2Ⅲb的表达下降。上述结果进一步提示ATF3在尿道下裂中起到关键作用。接着，我们设计了表达ATF3的慢病毒表达载体和包含ATF3 shRNA的慢病毒颗粒，对GT间质细胞进行转染，分别上调/下调ATF-3基因的表达，观察ATF3对GT早期发育关键调控基因（成纤维细胞生长因子8 (fibroblast growth factor,FGF8)、音猥因子（sonic hedgehog,SHH）、同源异型基因13（homeotic genes 13，HOXA13）、多效生长因子(pleiotrophin，PTN)）和晚期发育关键调控基因（雄激素受体（androgen receptor，AR）、FGF10、FGFR2Ⅲb、TGF-β1）的调控作用，深入研究ATF3导致尿道下裂发生的具体分子机制。结果显示ATF3上调可以抑制SHH、HOXA13、PTN 、TGF-β1的表达、而对雄激素相关基因（AR、FGF10、FGFR2Ⅲb）的直接调控作用并不明显。我们的研究显示ATF3在雌激素诱导的尿道下裂发生中作用关键，其作用可能与其对GT早期发育基因和TGF-β1基因的直接抑制有关。该研究有望揭示尿道下裂发病的病因、靶基因及其调控，明确环境中的高危致病因子，重要的是为该病的预防提供依据，甚至为将来的靶向治疗提供线索，对尿道下裂的预防和优生优育有重要意义。