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第43卷第7期         黄梓熙，孟 琳，陈良标，等. 斑马鱼3号染色体血红蛋白基因敲除对心血管发育的影响［J］.
                  2023年7月                     南京医科大学学报（自然科学版），2023，43（07）：900-908                       ·907 ·


                对斑马鱼 3 号染色体血红蛋白基因 hbba2 到 hbae3                   变体中的脑血管发育缺陷            ［23］ ，nos2b mRNA 的过度表
                进行了大片段的敲除，利用斑马鱼与人类基因的高                            达可恢复tnnt2a或 klf2a突变体中的血管缺陷              ［24］ ，提
                度同源性 对该基因片段的缺失进行功能学研究。                            示 HIF3α表达量下调可以减少机体的耗氧量，并且
                        ［18］
                    固蓝染色结果表明，Hb 斑马鱼胚胎与 WT 胚                       通过 HIF1 信号通路诱导 NOS2 显著上调，促进血管
                                         +/-
                胎相比，血红蛋白水平更低，分布较分散，同时还观                           发育，以提高机体的缺氧耐受性。ALAS1是血红素
                察到血红蛋白的异位分布，这与已有研究结果相一                            合成的限速酶      ［25］ ，推测可能是通过alas1的上调补偿
                致 ［7，11］ ，敲除hbae3基因或hbae1.1基因都对血红蛋白               了 hbba2 及 hif1al 下调对红细胞生成造成的影响。
                的生成有着明显影响。对于血红蛋白分布的差异，                            NOX 家族的线粒体呼吸链和NADPH 氧化酶是心肌
                推测是由于血管发育的差别导致的，在固蓝染色结                            细胞中 ROS 的主要来源，NOX 亚型 NOX1、NOX2、

                果的基础上利用kdrl：EGFP转基因型斑马鱼与Hb                  +/-   NOX4 和 NOX5 在心血管系统中表达，其中，NOX1、
                进行杂交后观察血管的发育，结果证实，Hb 的血管                          NOX2 和 NOX4 在心肌细胞中表达，产生的 ROS 进
                                                      +/-
                发育延迟明显，且能观察到Hb 血管管径有增大的                           一步导致心肌细胞的氧化损伤               ［26］ ，而肌钙蛋白是心
                                           +/-
                趋势以及节间血管的增生。血管和血细胞拥有类                             肌损伤的标志物，TNNT2的升高提示心肌损伤或坏
                似的发育机制，且只有同步发育才能满足机体的需                            死 ［27-28］ ，这与本研究分析的结果一致。在缺氧条件
                要 ［19］ ，这个结论与本研究结果相符，当血红蛋白的                       下为了维持ATP的产生以保护组织功能，线粒体可
                数量显著减少时会明显影响到同期血管的发育。                             通过g0s2的表达等效质子动力，表达g0s2的心肌细
                ISV 的增生则可能是为了补偿红细胞和血管发育                           胞群体在常氧和缺氧条件下ATP 的合成都增加 ，
                                                                                                             ［29］
                异常产生的不利影响，保证机体的正常发育和运                             复合物Ⅰ~Ⅳ的显著下调而复合物Ⅴ的显著上调，可
                行，血管发育发生了代偿。红细胞内的α⁃珠蛋白                            能是线粒体的代偿保护机制，具体途径需要进一步
                和β⁃珠蛋白合成的平衡对血红蛋白的功能至关重                            研究。
                要 ［20］ ，两者对血红蛋白疾病的分子遗传学机制有极                           另外，本研究中虽然敲除了hbba2到hbae3的血
                其重要的意义，红细胞计数结果显示，WT和Hb 成                          红蛋白基因，但是尚未获得纯合突变体，根据 Hb                      +/-
                                                          +/-
                鱼的红细胞数量没有显著差异，但是统计结果显示                            胚胎基因型的鉴定情况，WT、Hb 、Hb 比例严重失
                                                                                               +/-
                                                                                                    -/-
                出明显的雌、雄红细胞数量两极分化，于是将雌鱼                            衡，推测是卵子产生携带敲除片段与不携带敲除片
                与雄鱼分开比较，发现 Hb 雌鱼的红细胞显著增                           段配子的比例失衡，导致产生的后代中极少有纯合
                                        +/-
                多，而雄鱼的红细胞显著减少，导致该现象的原因                            子，而产生的个别纯合子也因发育不全而在早期死
                及机制仍不清楚。                                          亡，具体机制有待后续进一步研究和探索。
                    为了探究血红蛋白基因影响心血管发育的机                               本研究对斑马鱼3号染色体血红蛋白基因进行
                制，本研究取成年斑马鱼的心脏进行了转录组测                             了全序列敲除，其中既含有胚胎时期表达的血红蛋
                序，并对测序结果进行了 KEGG 富集分析，发现了                         白基因（hbbe1、hbae1和hbae3）又包含了成年时期的
                50 个显著富集的信号通路。基于 hbba2 到 hbae3 血                  血红蛋白基因（hbba2、hbaa2、hbaa1、hbba1），同时包
                红蛋白基因敲除后导致血红蛋白含量降低、红细胞                            含α和β亚基的成员，分别对胚胎和成年斑马鱼进行
                数量不变及血管发育异常的现象，我们整理了Hb                      +/-   观察和分析，发现血红蛋白水平降低会影响斑马鱼
                中18个可能与心血管发育有关的信号通路，并对与                           心血管的发育，但是斑马鱼机体的补偿机制使其能
                能量代谢密切相关的氧化磷酸化途径、缺氧诱导因                            维持正常生理活动，了解其中的分子机制可以为临
                子HIF1信号通路、心肌收缩及坏死性凋亡通路和关                          床治疗CVD提供新方向。
                键基因展开分析。血红蛋白水平降低会导致机体                            ［参考文献］
                缺氧，而缺氧会引起心脏氧化应激和炎症及心肌细
                                                                 ［1］ MA L Y，CHEN W W，GAO R L，et al. China cardiovascu⁃
                胞死亡   ［21］ 。HIF1信号通路是缺氧诱导的主要通路，
                                                                       lar diseases report 2018：an updated summary［J］. J Geri⁃
                除了 HIF1α和 HIF2α之外，HIF3α也是 HIFα家族的
                                                                       atr Cardiol，2020，17（1）：1-8
                确定成员，hif3a（hif1al）的缺失会减弱斑马鱼的缺氧
                                                                 ［2］ KRAVITZ R L. Ethnic differences in use of cardiovascu⁃
                耐受性并破坏红细胞的生成，研究发现hif3a敲除后                              lar procedures：new insights and new challenges［J］. Ann
                的斑马鱼耗氧率降低          ［22］ 。并且 HIFα可以增加一氧                 Intern Med，1999，130（3）：231-233
                化氮合酶的表达       ［22］ ，过表达nos2a可减轻cbs和cth突          ［3］ CHIEN K R，FRISÉN J，FRITSCHE⁃DANIELSON R，et
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