小鼠聽覺上皮發(fā)育及其相關分子機制.pdf

1、上皮和間充質組織之間的信號交流和相互作用對器官的發(fā)生和發(fā)育起重要作用。BMP4是TGFB超家族成員中的一個亞型,BMP4及其拮抗因子Noggin調控聽覺上皮和內耳周圍間充質的發(fā)生及發(fā)育。然而,BMP4在內耳感覺上皮發(fā)育中的作用目前存在較大的爭議。
　　我們首先采用胚胎期小鼠第11.5天(E11.5)～13.5天(E13.5)的聽覺上皮體外培養(yǎng),建立胚胎期小鼠聽覺上皮的體外培養(yǎng)模型。所有組織的培養(yǎng)時間均等同于體內發(fā)育至E18.5的時

2、間(即E11.5+7dinvitro(DIV),E12.5+6DIV,E13.5+5DIV),觀察聽覺上皮形態(tài)和毛細胞分化情況。結果表明聽覺上皮可以在體外無血清培養(yǎng)環(huán)境下存活并生長,其中E12.5～E13.5的聽覺上皮培養(yǎng)后發(fā)育形態(tài)及毛細胞分化接近正常發(fā)育形態(tài),是研究毛細胞發(fā)育機制的合適模型。
　　采用小鼠聽覺上皮體外無血清培養(yǎng)模型,以thermolysin獲得純聽覺上皮作為實驗組,帶有相鄰間充質的聽覺上皮為對照組,研究相鄰間充質

3、對聽覺上皮發(fā)育的影響。結果顯示:各胚胎期小鼠聽覺上皮培養(yǎng)后毛細胞的數(shù)量,對照組均高于實驗組。E11.5+7DIV對照組為114.43±17.92,實驗組為66.78±20.64,兩組統(tǒng)計學差異有顯著性(P＜0.01);E12.5+6DIV對照組為519.75±98.11,實驗組為299.71±23.91,兩組統(tǒng)計學差異有顯著性(P＜0.01);E13.5+5DIV對照組為1214.38±231.88,實驗組為1158.67±176.0g

4、,兩組統(tǒng)計學無差異。其中,在E12.5和E13.5實驗組內毛細胞發(fā)育不良,而E12.5對照組內毛細胞呈1～3排不規(guī)則排列,E13.5對照組的內毛細胞和外毛細胞出現(xiàn)明顯的界限,內毛細胞呈縱向單排生長。另外,對照組的毛細胞/支持細胞比例也均高于實驗組。以上結果表明小鼠聽覺上皮相鄰的間充質組織對耳蝸感覺上早期形態(tài)發(fā)育及毛細胞分化有促進作用。
　　我們采用E11.5～E13.5小鼠聽覺上皮體外無血清培養(yǎng)模型,通過加入外源性BMP4蛋白或其

5、抑制劑Noggin,研究BMP4在聽覺上皮發(fā)育中的作用。加入外源性BMP4后,實驗組的毛細胞數(shù)量均高于對照組,并呈劑量依賴性。E11.5+7DIV對照組毛細胞數(shù)量(114.43±17.915)和bmp10ng組(150.80±29.107)有統(tǒng)計學差異(P＜0.05),和bmp20ng組(198.33±40.741)有統(tǒng)計學顯著差異(P＜0.01),E12.5+6DIV對照組毛細胞數(shù)量(519.75±98.112)和bmp20ng組(6

6、50.29±173.241)有統(tǒng)計學差異(P＜0.05),但與bmp10ng組(588.50±111.524)卻無統(tǒng)計學差異。E13.5培養(yǎng)后實驗組雖然和對照組相比均無統(tǒng)計學差異,但在統(tǒng)計數(shù)量上均有增多。另外,各實驗組的毛細胞/支持細胞比例也均高于對照組,但它們的作用與開始培養(yǎng)的發(fā)育時期和劑量相關,E11.5+7DIV實驗組(bmp10ng組:0.3670±0.0616;bmp20ng組:0.4386±0.1185)雖然在統(tǒng)計數(shù)值上有增

7、高,但和對照組(0.3267±0.0755)卻無統(tǒng)計學差異。E12.5+6DIV對照組(0.6657±0.0214)和bmp10ng組(0.7038±0.0407)有統(tǒng)計學差異(P＜0.05),而和bmp20ng組(0.7641±0.04521)有統(tǒng)計學顯著差異(P＜0.01),而E13.5+5DIV對照組(0.6820±0.0187)和bmp20ng組(0.7944±0.0806)有統(tǒng)計學差異(P＜0.05),但和bmp10ng組(0

8、.7064±0.0967)卻無統(tǒng)計學差異。通過在培養(yǎng)中加入Brdu標記增殖細胞,發(fā)現(xiàn)BMP4組通過增殖而來的毛細胞數(shù)量和對照組相比較并無差別。Shh和Sox2是聽覺器官發(fā)育,特別是前感覺區(qū)(prosensorydomain)形成的關鍵基因。我們發(fā)現(xiàn)加入外源性BMP4后,Sox2、Shh基因的表達明顯下調,E12.5+6DIVbmp420ng組的Sox2mRNA的量為對照組的81.2％,而ShhmRNA的量僅為對照組的43.7％。當加入B

9、MP4抑制劑0.3μg/mlNoggin后,導致毛細胞顯著減少(E11.5+7DIV:40.60±14.188;E12.5+6DIV:65.14±22.974;E13.5+5DIV:231.17±90.061)均遠少于對照組,統(tǒng)計學差異有顯著性(P＜0.01)。這些結果表明:聽覺上皮發(fā)育早期,Bmp4能促進感覺前體細胞分化為毛細胞,其作用可能與抑制Sox2、Shh基因表達有關。
　　另外,采用免疫熒光共標技術,觀察Pax2、Sox

10、2及Proxl在小鼠內耳發(fā)育中的時空表達模式及相互關系。結果顯示:在E9.5,Pax2主要分布在聽泡的中間和內側,隨著前感覺區(qū)的形成,Pax2在前感覺區(qū)表達逐漸下調;當原始的毛細胞開始表達myosin7a時,它重新選擇性上調表達于毛細胞中并維持至出生后第7天;而在前庭毛細胞中,至出生后第18天Pax2仍有表達。Sox2具有與Pax2明顯不同的表達方式,開始主要分布在聽泡背外側,隨著前感覺區(qū)的形成,逐漸局限在感覺前體細胞,隨后在未成熟的毛

11、細胞和支持細胞中表達;毛細胞逐漸分化成熟時,在耳蝸毛細胞表達逐漸下調,最后僅僅局限在支持細胞,而前庭的毛細胞和支持細胞中在出生后18天仍持續(xù)表達Sox2。Proxl表達在原始的毛細胞和未成熟的支持細胞,表達時間明顯比Sox2短。在耳蝸,Proxl僅僅短暫地表達在原始外毛細胞和發(fā)育中的Deiter細胞和Pillar細胞,在出生后18天時已無Proxl表達;而在前庭,出生時就無Prox1陽性表達。轉錄因子Pax2、Sox2及Prox1在小鼠