Fgf4信號通路在早期胚胎發(fā)育過程中的作用

1、fgf4信號通路在早期胚胎發(fā)育過程中的作用鄒敏江一平（福建醫(yī)科大學基礎(chǔ)醫(yī)學院350004）【中圖分類號】r715.5【文獻標識碼】a【文章編號】1672-5085 （ 2012 ） 15-0017-02囊胚的形成，內(nèi)細胞團¬（inner cell masslcm ）及滋養(yǎng)外胚層（trophectoderm,te）的形成是胚胎的第一次分化事件，而第一次的細胞命運決 定則是大約在32細胞階段才確定的。在囊胚形成的過程中參與細胞命運決定的 可能轉(zhuǎn)錄因了有fgf4 （成纖維細胞生長因了 4, fibroblast growth factor 4） fgfr2（ fibroblast g

2、rowth factor receptor 2,成纖維細胞牛長因子受體 2）、cdx2（caudal homeoboxtranscription factor 2 ,尾型同源盒轉(zhuǎn)錄因子 2）、tead4（tea 域家族成員 4, tea domain family member 4）、sox2 （srysex-determining regionybox 2） oct4（octamer-4, oct3 /pou5fl）等。本文主要綜述fgf4信號通路有關(guān) 的一系列因子在這一過程中的作用的研究進展。murohashi m等人提出在早期胚 胎fgf4信號通路中各因子相繼產(chǎn)牛作用，它們之間的可能的關(guān)

3、系為 fgf4-fgfr2-frs2a （fgfr2的底物）erk（促分裂原激活的蛋白激酶）-cdx2,而fgf4 的表達受到sox2/oct4的協(xié)調(diào)調(diào)控表達,因此可以改為 sox2/oct4-fgf4-fgfr2-frs2a-erk-cdx2.1 oct4（octamer-4, oct3 /pou5fl）oct4是一個pou結(jié)構(gòu)域轉(zhuǎn)錄因子，在囊胚，于內(nèi)細胞團中強烈表達， 為內(nèi)細胞團的標志基因。oct4突變的胚胎能夠形成完整的滋養(yǎng)層上皮，并且具 有誘導子宮蛻膜化的功能，即滋養(yǎng)層分化的啟動及功能在oct4缺失的胚胎的損 傷較小。體外培養(yǎng)野牛型、oct4突變雜合子、oct4突變純合子囊胚發(fā)現(xiàn)所有的

4、 胚胎均能形成滋養(yǎng)層巨細胞但是僅僅野牛型、雜合了囊胚能形成內(nèi)細胞源性細胞, oct4突變的純合子卻不能形成內(nèi)細胞源性細胞而僅僅能形成滋養(yǎng)層巨細胞。由 此說明oct4是內(nèi)細胞團形成所必須。同時oct4也充當了阻止胚胎干細胞分化的 “門衛(wèi)”的角色，人為的抑制oct4的活性，胚胎干細胞將向滋養(yǎng)外胚層細胞分 化。2 cdx2(caudal homeobox transcription factor 2,尾型同源盒轉(zhuǎn)錄因子2)對于小鼠來說，cdx2和oct4是一對相反的基因，cdx2的表達必將會抑 制oct4的表達。然而對于其他物種這種關(guān)系卻未必成立，本文綜述的這些因子 的作用若非另外說明均為針對小鼠的

5、研究所得出。cdx2在3.5dpc的胚在滋養(yǎng)外 胚層中表達，而在內(nèi)細胞中不表達。分析cdx2 (-/-)胚發(fā)現(xiàn)最初的極化的上皮 樣改變的啟動是完整的，只是不能在晚期囊胚階段保持。滋養(yǎng)外胚層的其他標志 基因eomes fgfr2仍然表達,但是eomes的表達水平顯著降低。oct4和nanog 在cdx2 (-/-)囊胚的所有細胞中表達，正常情況下囊胚中這兩個因子僅在內(nèi)細 胞團中表達。因此可以說cdx2不僅是滋養(yǎng)外胚層維持所必須的，也是滋養(yǎng)層細 胞中抑制oct4細胞所必須的。3 eomes (eomesodermin)eomes是一個t盒基因編碼一個轉(zhuǎn)錄因子家族，該家族基因均有一個進化的保守dna

6、序列。在胚胎的發(fā)育過程中第一次的表達是在滋養(yǎng)層細胞中 檢測到。無法產(chǎn)出突變純合子，形態(tài)學分析6.0到7.5dpc eomes突變的純合子胚 胎，胚胎被阻滯在植入后不久，可能是由于滋養(yǎng)層細胞的缺陷引起的。eomes 缺失后cdx2>fgfr2仍然表達，但是cdx2(-/-)胚eomes的表達顯著減少。因此eomes 基因是cdx2的潛在靶基因。4 tead4(tea 域家族成員 4, tea domain family member 4)tead4的表達在2細胞階段開始，在8細胞到致密胚階段達到高峰，在 囊胚階段下降。tead4缺陷的胚胎會發(fā)育通過8細胞及致密胚階段而不能形成囊 胚腔。在囊

7、胚，tead4普遍表達，tead4 (-/-)無法發(fā)育為囊胚。在tead4 (-/-) 胚cdx2在致密胚階段檢測到有微弱的表達，但是在之后的階段卻沒有表達,fgfr2 仍然表達，oct4、nanog在所有的卵裂球均表達。因此tead4是早期滋養(yǎng)外胚層 發(fā)育特異性需要的轉(zhuǎn)錄因子，也是cdx2表達所需的，可能為cdx2的上游基因。5 sox2 (srysex-determining region y box 2)sox2基因在胚胎發(fā)生的整個階段表達,編碼一類hmg (high mobility group)盒蛋白，這些蛋白作為轉(zhuǎn)錄因子和染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)組分而對細胞的命運進行 調(diào)節(jié)。sox2最重要的作

8、用通過保持oct4的水平保持es細胞的多潛能性。當通過 sox2-sirna處理胚胎吋，胚胎被阻滯在了致密胚階段，fgfr2、fgf4> cdx2、eomes、 tead4幾乎不表達，但是oct4、nanog的表達不被影響。然而當用重組sox2蛋 白急救以后這些基因又正常表達，sox2的缺失能夠影響tead4的表達，但是 tead4的缺失卻不能影響sox2的表達，因此，sox2可能在tead4的上游，調(diào)節(jié) 植入前的胚胎的滋養(yǎng)層的形成。6 fgf4 (成纖維細胞生長因子 4, fibroblast growth factor 4)fgf4最初被認為是一種致癌基因。1991年,schoorl

9、emmer j也發(fā)現(xiàn)k-fgf4 在未分化的胚胎癌細胞和胚胎干細胞中的表達。他們指出k-fgf4可能是oct4的 靶基因，oct4可以增強k-fgf4的表達。后來這一觀點被進一步的證實，在oct4 突變的胚胎fgf4的表達被減少，在fgf4的3′非編碼區(qū)域有一個包括一個 八聚體的增強子，該增強子在oct4及sox2聯(lián)合作用下做出反應(yīng)。1994年daniel a. rappolee等采用rt-pcr技術(shù)在1-cell胚胎中也發(fā)現(xiàn)了 fgf4的表達。fgf4多肽僅存在于icm細胞，在滋養(yǎng)層細胞中不存在。外源fgf4 可以使來源于icm的細胞快速增殖。同年saroshitanak

10、a等推測fgf4可直接作用 于滋養(yǎng)層干細胞，cdx2和eomes為其可能的候選下游基因，他們在相應(yīng)的細胞 中表達并被fgf4信號所調(diào)節(jié)。2003年goldin sn1等人研究發(fā)現(xiàn)fgf4(-/-)胚被阻 滯在大約植入階段。fgf4缺失的胚表現(xiàn)出明顯的icm增殖損傷。fgf4(-/-)胚的表 型與刪除fgfr2的外顯子9相似。7 fgfr2 (fibroblast growth factor receptor 2,成纖維細胞生長因子受體 2)使用細胞免疫化學檢測fgfr2在早期胚的表達，fgfr2第一次被發(fā)現(xiàn)是 在致密胚階段，最初定位在外圍卵裂球的細胞膜和外層細胞質(zhì)，在致密胚繼續(xù)發(fā) 展會漸漸的在

11、所有的外層細胞表達。在早期囊胚階段fgfr2表達于所有的滋養(yǎng)外 胚層，但是卻幾乎不在icm中表達。在早期囊胚fgfr2出現(xiàn)在極滋養(yǎng)外胚層，在 這里極滋養(yǎng)外胚層被icm覆蓋,icm產(chǎn)生它的配體fgf4。fgfr2(/)胚icm和滋 養(yǎng)外胚層看起來均顯示正常，然而植入后不久，相對應(yīng)的體外培養(yǎng)時間稍微延后 的吋候發(fā)現(xiàn)icm停止增殖，胚胎死亡。fgfr2參加了一組基因(包括fgf4)的 表達，這組基因喪失其功能后可能對胚胎造成致命的損傷。綜上我們可以得出以上討論的這些與早期胚胎發(fā)育有關(guān)及可能有關(guān)的 因子的關(guān)系：sox2/oct4-fgf4-fgfr2及tead4cdx2eomes。sox2的缺失能夠影

12、響 tead4的表達，當滋養(yǎng)層干細胞因fgf4的缺失而分化時eomes的表達也下調(diào)。 很顯然，這些因子除了以上的已經(jīng)證實的關(guān)系以外還有這很多我們不知道的聯(lián)系。 在早期的胚胎fgf4在1-cell就有表達，其可能受體fgfr2的表達在致密胚的時 候也都已經(jīng)檢測到了，然而，fgf4在植入前胚胎的作用卻仍然未知。因此，關(guān)于 早期胚胎的發(fā)育以及卵裂球命運的決定涉及到哪些因子以及這些因子具體產(chǎn)生 的作用仍然是我們需要解決的問題。參考文獻ljmurohashi m, nakamura t,et al. an fgf4-frs2alpha-cdx2 axis in trophoblast stem cell

13、s in duces bmp4 to regulate proper growth of early mouse embryosj. stem cells. 2010,28(1):113-21.2 strumpf d, mao ca,et al. cdx2 is required for correct cell fate specification and differentiation of trophectoderm in the mouse blastocyst j. development.2005 ,132(9):2093-102.3 marikawa 弋 alarcón vb. establishment of trophectoderm and inner cell mass lineages in the mouse embryoj. mol reprod dev. 2009 ,76(11):1019-324 nishioka n, yamamoto s,et al. tead4 is required for specification of trophectod