胚胎的发育受到不同信号通路的调控,以及上皮-间质相互作用的影响,不同部位基因表达的异常激活或缺失,将会导致一系列的后果,包括引起肺发育异常的疾病,甚至死亡。正确认识肺发育过程中不同信号通路之间的关系,了解其作用机制,对理解导致人类肺先天发育异常相关疾病有所帮助。尽管小鼠与人类的肺的发育有所不同,但肺发育早期的分子信号通路是相对保守的。Hedgehog(Hh)信号通路在胚胎时期的细胞分化、组织与器官发育中扮演着重要的角色,主要由三种分泌型糖蛋白配体Sonic Hedgehog(Shh)、Indian Hedgehog(Ihh)和Desert Hedgehog(Dhh),两个跨膜蛋白受体Patchedl(Ptchl)、Smoothened(Smo),三个核转录因子Glil、Gli2、Gli3及下游的靶基因等组成。其中,Shh通路在小鼠胚胎肺的发育中发挥着重要作用。在Shh存在的情况下,Shh与Ptchl结合,解除了Ptchl对Smo的抑制,Smo则进入细胞内,释放微管活化的Glil和Gli2,并使其入核激活下游靶基因的表达。目的本课题以Shh信号通路为研究对象,利用免疫组化及免疫荧光技术来探索小鼠胚胎肺发育过程中经典Shh信号通路对上皮、间质转化的必要作用。首先利用免疫组化检测Shh通路中关键分子Smo以及血小板源性生长因子受体-α(platelet-derived growth factor receptor-α;Pdgfr-α)的时空表达特点,然后构建基因敲除小鼠模型,最后利用Pdgfr-αCre敲除Smo转基因小鼠模型,探索Shh信号通路对小鼠肺发育的作用及调控机制。方法及结果首先,我们利用免疫组化检测Shh信号通路受体Smo及Pdgfr-α在小鼠胎肺中的表达情况。结果显示,在整个假腺期,Smo在气道上皮和肺间质中均有表达;而在微管期,Smo的表达量迅速下降。假腺期Pdgfr-α在近端气道中表达,E12.5天Pdgfr-α在远端肺上皮细胞以及部分包绕着气管、支气管、细支气管周围的间质细胞表达;E14.5天,Pdgfr-α的表达严格限制在大支气管周围,与支气管平滑肌细胞毗邻的间质细胞表达Pdgfr-α,但在远端肺中未被发现有Pdgfr-α的表达。微管期,Pdgfr-α出现在更远端的肺间质。然后,利用Pdgfr-α Cre敲除Smo基因,构建基因敲除小鼠模型(由美国南加州大学/洛杉矶县儿童医院馈赠)。最后,利用免疫荧光检测Shh信号通路受体Smo基因用Pdgfr-α Cre敲除后对小鼠肺发育的影响。结果发现,与对照组肺相比,E12.5-E15.5天基因敲除组小鼠的肺体积缩小,支气管分支形成减少,TTF-1表达水平的下调,而E16.5天支气管分支及TTF-1水平未见明显差异。E12.5-E15.5天支气管间质产生软骨基质硫酸软骨素的量下调,气管环形成滞后,气管狭窄,而E16.5未见明显差异。E12.5-E13.5天,实验组近端及远端α-Sma的表达较对照组上调;E14.5实验组近端α-Sma的表达上调,远端α-Sma的表达未见明显变化;E15.5-E16.5天,实验组与对照组近端及远端α-Sma的表达未见明显差异。E12.5-E15.5天近端上皮标志物P63表达下调,而在E16.5天,P63表达无明显改变。在E12.5-E14.5天,均未见β4-tublin的表达,E15.5天远端上皮指标β4-tublin的表达量下降,E16.5天β4-tublin表达无明显改变。结论综上所述,本研究发现Shh信号通路准确的时空特异表达对小鼠胚胎支气管分支的形态发生,肺支气管软骨基质、软骨环的发育,近端及远端平滑肌以及上皮的发育起着重要的调控作用。Shh通路除了影响间质软骨、平滑肌的发育之外,对于上皮、肺泡的发育也起到重要作用,参与上皮-间质转化的过程。Shh通路可能参与支气管肺泡发育不良的发病过程,为阐述相关肺先天发育缺陷疾病带来一定的分子基础,为未来的诊疗提供参考靶分子,具有一定的临床意义。