脊椎動物心臟的發(fā)育心臟是在脊椎動物發(fā)育過程中最早形成并執(zhí)行功能的一種系統(tǒng)。其胚胎心臟發(fā)育大體經(jīng)歷了心臟原基的出現(xiàn)、心管的形成、心臟的環(huán)化、心臟的分化成熟、房室分隔等階段。在這些階段中任一環(huán)節(jié)出現(xiàn)偏差都會導(dǎo)致心臟畸形。第一節(jié)心臟原基發(fā)生一、生心區(qū)圍心腔腹側(cè)中胚層的心臟前體細(xì)胞局部集中形成一種兩側(cè)對稱的索狀的生心板，繼而中空形成一對平行的管狀原基，即心臟原基(cardiogenicanlage)。原腸胚初期，在脊索的影響和來自鄰近內(nèi)胚層的信號的誘導(dǎo)下，前側(cè)板中胚層(lateralplatemesoderm)的祖細(xì)胞特化成心臟前體細(xì)胞，構(gòu)成生心區(qū)(heartfield)。上圖示小鼠胚胎第7.5天(E7.5)和第8天(E8)初級生心區(qū)(深灰色)與次級生心區(qū)(淺灰色)。下圖示雞H.和H.第5期的初級生心區(qū)(黑色)和第14期的次級生心區(qū)(黑色)。1,2:咽弓1.初級生心區(qū)初級生心區(qū)(primaryheartfield)祖細(xì)胞最早出目前初期至中期的原腸胚，位于原條的前中部。心臟祖細(xì)胞從原條向前側(cè)方向移動形成初級生心區(qū)。初級生心區(qū)又稱為“馬蹄狀帶”或“新月形心臟”,在鳥類和兩棲類中，心臟祖細(xì)胞沒有跨越中線，而是分布在兩側(cè)形成兩個初級生心區(qū)。初級生心區(qū)形成原始心管并體現(xiàn)肌肉特異性蛋白。原始心管在環(huán)化過程中延長，細(xì)胞不停地補充到流出管和流入口末端。這樣，在環(huán)化過程中，房室槽、心房、流出口都添加在原始的直線型心管背面。心管流入道部分的心肌細(xì)胞是從初級生心區(qū)的后續(xù)部分添加得來，而心管流出道部分的心肌細(xì)胞是來自次級生心區(qū)。2.次級生心區(qū)次級生心區(qū)(secondaryheartfield)位于臟壁中胚層與背部心系膜相連處的前腸板下面。在環(huán)化過程中，補充次級心肌細(xì)胞使原始心管延長是一種重要的機制，其延長對房室分隔前流出和流入口的對的排列非常必要，假如延長出現(xiàn)間題，將導(dǎo)致心分隔缺陷和大動脈右移。AE顯示了源自兩個來源的心肌祖細(xì)胞及其對發(fā)育中的小鼠心臟的奉獻。次級生心區(qū)以綠色顯示，紅色顯示為源自初級生心區(qū)的心肌細(xì)胞。圖A（E7.5）和E（E10.5）中顯示了處在不一樣發(fā)育階段，而BD中的面板則顯示了E8-8.5處正在發(fā)育的小鼠心臟的側(cè)視圖。A.Gastrulation（原腸胚形成）istheprocessbywhichtheepiblast（外胚層）andhypoblast（內(nèi)胚層）layersofthebilaminarembryonicdiscaretransformedintothetrilaminarembryonicdisc,consistingofthethreegermlayers(ectoderm,mesodermanddefinitiveendoderm).母性的子宮內(nèi)膜細(xì)胞滋養(yǎng)層羊膜腔卵黃囊腔

合胞體滋養(yǎng)層B.Gastrulationbeginsastheprimitivestreak,formedintheanteriorepiblastonday15ofhumandevelopment,developsadeepmidlinegroovewitharoundedprimitivenodesituatedatthecranialtipoftheprimitivestreak.Theprimitivenodecontainsadepressioncalledtheprimitivepit.Theprimitivepitiscontinuouswiththeprimitivegroove.原結(jié)原窩C.Thefirstcellstomigratethroughthestreakareendodermprogenitorcells（內(nèi)胚層祖細(xì)胞）originatingintheanteriorepiblast.Asthecellsingressintotheprimitivestreak,theydisplacethehypoblastlayer,formingthedefinitiveendoderm.D.Later,moreposteriorwavesofingressingmesodermprogenitorcellsformthemesodermlayerbetweentheepiblastandthedefinitiveendoderm（定形內(nèi)胚層）.Aftermesodermformationiscomplete,cellmigrationintotheprimitivestreakceasesandtheremainingepiblastlayeriscalledectoderm.二、心臟中胚層小鼠胚胎進入原腸期時(胚胎第6.5天)，原條(primitivestreak)在上胚層后部中線近中心處開始形成，與胚外中胚層(extraembryonicmesoderm)祖細(xì)胞相鄰，它在原腸期持續(xù)延伸，約在胚胎第7天(原條期中期)抵達心臟中胚層(cardiacmesoderm)和頭部中胚層所在的區(qū)域。首先從上胚層遷移到新胚層的是胚外中胚層細(xì)胞，隨即是心臟中胚層和頭部中胚層細(xì)胞。形成心管各部分的細(xì)胞通過原條依次內(nèi)移，這一過程開始于原條期初期，而在原條期結(jié)束時基本完畢，在此之后的幾小時內(nèi)，只有少許細(xì)胞通過原條的前端繼續(xù)內(nèi)移，形成心管的前部。心源性中胚層包括發(fā)展成心內(nèi)膜或心臟內(nèi)層的細(xì)胞群，以及形成心肌并產(chǎn)生心肌的第二群。表面外胚層和側(cè)板中胚層（即內(nèi)臟中胚層）之間的交點被稱為體壁層，而內(nèi)臟中胚層和下層內(nèi)胚層之間的交點被稱為臟壁層。脊索頭間質(zhì)體壁層臟壁層側(cè)板中胚層心內(nèi)膜前腸細(xì)胞內(nèi)移后隨即形成了中胚層，伴隨原條上的細(xì)胞繼續(xù)進入中胚層以及中胚層細(xì)胞的增殖，中胚層逐漸延展，到原腸期的第12h,小鼠的中胚層就已經(jīng)蓋了外胚層后下表面約2/3區(qū)域，其中心臟和頭部中胚層占據(jù)了中胚層的外側(cè)部分，靠近延伸中的原條前段。從原條中期至晚期，心臟中胚層細(xì)胞會沿胚胎側(cè)翼從末端向前中方向遷移。小鼠原腸期心臟中胚層的這種移動在雞和爪蝓的胚胎中也有發(fā)現(xiàn)。在小鼠的原條晚期，發(fā)育中的心臟中胚層已位于頭部神經(jīng)板下、中胚層的前側(cè)近軸處。三、心臟細(xì)胞譜系(cardiaccelllineage)心肌細(xì)胞群包括3種重要的細(xì)胞—心房心肌細(xì)胞(atrialcardiomyocytes)、心室心肌細(xì)胞(ventricularcardiomyocytes)和心臟傳導(dǎo)系統(tǒng)細(xì)胞(cardiacconductionsystemcells),這些細(xì)胞由各自的祖細(xì)胞發(fā)育而來。1.心內(nèi)膜細(xì)胞和心肌細(xì)胞在心管形成之初，生心中胚層首先形成上皮樣細(xì)胞層，在H.和H.第6期和第7期之前體現(xiàn)N型鈣黏蛋白(cadherin)-依賴于鈣的細(xì)胞黏著分子。隨即這一層細(xì)胞會提成兩個亞細(xì)胞群：大多數(shù)細(xì)胞仍然維持著上皮樣細(xì)胞的形態(tài)，持續(xù)體現(xiàn)N型鈣黏著蛋白，然后分化為心肌細(xì)胞(cardiomyocytes);而較小的亞細(xì)胞群則減弱了N型鈣黏著蛋白的體現(xiàn)，從初期的上皮樣細(xì)胞層中分離出來，成為心內(nèi)膜內(nèi)皮層的祖細(xì)胞。心管中心肌細(xì)胞和心內(nèi)膜細(xì)胞的數(shù)量存在很大差異(約為18:1),這是由于生心區(qū)有兩種發(fā)育方向已經(jīng)受到限制的祖細(xì)胞——大多數(shù)的前心肌細(xì)胞和少許的前心內(nèi)膜細(xì)胞。目前有下列證據(jù)支持這理論。第一，內(nèi)皮細(xì)胞的定型發(fā)生在原腸期之前，并且與原腸胚(gastrulae)的形成無關(guān)，但心肌細(xì)胞的定型在原條初期仍未發(fā)生；第二，斑馬魚中存在只產(chǎn)生心肌細(xì)胞或心內(nèi)膜細(xì)胞(endocardialcells)的囊胚細(xì)胞群，闡明這兩類心臟細(xì)胞的分離發(fā)生在中胚層形成之前的囊胚(blastula)期。小鼠心肌和心內(nèi)膜細(xì)胞都來自上胚層中前一后體軸兩側(cè)的近中心區(qū)域，這兩種細(xì)胞的分離發(fā)生在中胚層形成之前、是由不一樣的祖細(xì)胞發(fā)育而來。2.心房和心室心肌細(xì)胞管收縮開始前，位于心肌層后端的心房心肌細(xì)胞與位于前端的已分化的心室心肌細(xì)胞在電生理學(xué)特性及收縮性蛋白的體現(xiàn)上就已經(jīng)體現(xiàn)出明顯差異。原條較前端的細(xì)胞大部分會形成心管的前部，而較后端的細(xì)胞則會形成心管的后部。這樣的位置對應(yīng)關(guān)系雖然不是絕對的，但仍然可以闡明心室和心房細(xì)胞的分離發(fā)生在原腸期此前。生心中胚層前部的細(xì)胞只能形成心室心肌細(xì)胞，而位于后部的細(xì)胞則分化形成心房心肌細(xì)胞；斑馬魚的心房和心室心肌細(xì)胞在囊胚中期分離。由此可見，這兩種心肌細(xì)胞譜系建立于中胚層細(xì)胞遷移到生心區(qū)此前，形成心室心肌細(xì)胞的細(xì)胞來自生心中胚層前部，生成心房心肌細(xì)胞的來自后部。3心臟傳導(dǎo)系統(tǒng)細(xì)胞心管中所有的上皮狀心肌細(xì)胞都在胚胎發(fā)育第2天之前分化為收縮性的肌細(xì)胞，產(chǎn)生興奮的傳導(dǎo)細(xì)胞由局部已分化的搏動的肌細(xì)胞形成，尤其是那些分布在發(fā)育中的冠狀動脈周圍的肌細(xì)胞。浦肯野纖維只在與發(fā)育中的冠狀動脈并列的肌細(xì)胞群中產(chǎn)生，并且一直與形成中的冠動脈血管網(wǎng)保持著親密的空間關(guān)系。四、心臟誘導(dǎo)來自內(nèi)胚層前部的誘導(dǎo)信號分子和BMP信號途徑是心臟發(fā)生和初期發(fā)育過程中最重要的誘導(dǎo)調(diào)控機制。雞的內(nèi)胚層和鼠的臟壁內(nèi)胚層具有相似的心臟誘導(dǎo)(cardiacindution）。將雞的外胚層的心臟祖細(xì)胞在內(nèi)胚層存在的狀況下培養(yǎng)，它將發(fā)育為心臟中胚層。在小鼠的臟壁內(nèi)胚層和原條都存在時，第725天胚胎的生心中胚層在移植后能發(fā)育為心肌。前內(nèi)胚層對心臟的誘導(dǎo)有兩個重要特性。第一，H、和H.第5期階段的前內(nèi)胚層的側(cè)盤和中間部分都具有心臟誘導(dǎo)能力，前內(nèi)胚層的一種重要功能是在胚內(nèi)中胚層(intraembryonicmesoderm)發(fā)明出一種“生心區(qū)”,在其他物質(zhì)的作用下促使該區(qū)域真正發(fā)育成心臟；第二，前內(nèi)胚層的誘導(dǎo)作用發(fā)生在H和H第4期和5期，它的作用時間也許更早，發(fā)生在內(nèi)胚層和中胚層前體細(xì)胞在原條中還處在親密相聯(lián)的H.和H第3期。第二節(jié)心管發(fā)生心管(hearttube)來源于生心板的血管生成細(xì)胞，這些血管生成細(xì)胞融合形成左右兩個心內(nèi)皮管，每個內(nèi)皮管的前端是流出道，并與背部大動脈相連，后端是流入道。胚胎側(cè)面和尾部的折疊壓迫心管進入胸腔，使得這兩個心內(nèi)皮管縱向靠擾，然后融合成單個線性心管。一、斑馬魚心管的發(fā)生斑馬魚在受精后5h,心臟前體細(xì)胞定位在胚胎整個腹側(cè)區(qū)。在胚胎內(nèi)卷后，心臟前體細(xì)胞向胚胎的軸中線遷移，在5體節(jié)期抵達未來發(fā)育成后腦的地方。在13體節(jié)期，這些心臟前體細(xì)胞提成了前心室細(xì)胞和前心房細(xì)胞。大概從19h開始，這些心臟前體細(xì)胞向后端融合形成了馬鞍型構(gòu)造，在19.5h,目前端細(xì)胞向中線移動，馬鞍型構(gòu)造變成了心錐形構(gòu)造，在心錐的中部和頂部是心室細(xì)胞，在它的基部是心房細(xì)胞、而心內(nèi)膜細(xì)胞在心錐的最內(nèi)層。然后心錐套疊成一根心管。二、雞心管的發(fā)生原腸胚期時，心臟前體在原始生心區(qū)定位，心管開始形成。在H.和H.第3期，心臟祖細(xì)胞在原條前1/3的部分，即享氏結(jié)(Hensen'nde)的下面定位。此外與心臟形成有關(guān)的細(xì)胞在原條附近的外心層(epicardium)出現(xiàn)。細(xì)胞開始分化，分別形成心房、心室和流出道。在H和H.第5期，心臟祖細(xì)胞在原條此外一側(cè)的側(cè)板中胚層中。在H.和H.第7期，心臟前體轉(zhuǎn)移形成新月區(qū)(cardiaccrescent),生心區(qū)融合。雞心臟的發(fā)育開始于前腸兩側(cè)一對管狀心臟中胚層的融合。孵化25至30h,這對管狀心臟囊從頭部向尾部融合，形成一根心管。完畢融合后來，心管位于前腸的底部，從前端到后端，可以分為四個明顯的區(qū)域：心球(bulbuscordis)心室(ventri-de)、心房(atrum)和靜脈竇(sinusvenous)。在H.和H第12期，心管形成，血液從靜脈竇流向心球。三、小鼠心管的發(fā)生新月生心區(qū)的前端位于胚盤的中線位置，這里是心臟原基的位置。到小鼠胚胎第8天，來源于新月區(qū)的祖細(xì)胞在中線處發(fā)生連接，形成線性心管。線性心管由心肌外套層、心膠、內(nèi)皮構(gòu)成，內(nèi)皮和心膠將分化為心內(nèi)膜，心肌外套層將分化為心肌層和心外顧(或心包臟層)。線性心管呈頭尾方向，從頭向尾依次為：心球心室、心房和靜脈竇(其中靜脈竇分為左右兩角)。隨即心管向右環(huán)化，由線性心管向腔室構(gòu)造轉(zhuǎn)化。四、人心管的發(fā)生人胚18-19天，生心區(qū)的中胚層內(nèi)出現(xiàn)圍心腔，圍心腔腹側(cè)的中胚層細(xì)胞形成前后縱行、左右并列的對長索，稱為生心板(cardiogenicplate),由生心板逐漸形成一對心內(nèi)皮管。并列的心內(nèi)皮管逐漸向中線靠攏，并從頭端向尼端融合成為一條。當(dāng)心管融合和陷入心包腔時，其周圍的間充質(zhì)逐漸密集，形成一層厚的心肌外套層(myoepicardialmantle),未來分化成為心肌顧和心外膜。內(nèi)皮和心肌外套層之間的組織為較疏松的膠樣結(jié)組織，稱為心膠質(zhì)(cardiacjelly),未來參與構(gòu)成心內(nèi)膜。在左右心內(nèi)皮管融合過程中，其周圍的間充質(zhì)增厚，形成心肌外套。在這時期，發(fā)生中的心臟是一單層的管(心內(nèi)膜心管),它和心肌外膜套之間隔著稱做心膠的結(jié)締組織。內(nèi)層的心內(nèi)膜心管未來成為覆蓋在心內(nèi)面的內(nèi)皮，稱為心內(nèi)膜(endocardium),心肌外epimyocardium)則分化成心肌膜和心外膜(或心包臟層)。左右心內(nèi)皮管的并合自顏側(cè)開始，向尾側(cè)迅速延仰，胚胎22天時形成一條心管(圖16.2)。；圖16.2人心管外形的建立第三節(jié)心臟環(huán)化心臟環(huán)化(heartlooping)是指在由原始的、對稱性的直管心臟轉(zhuǎn)化為非對稱性的環(huán)化心臟過程中發(fā)生的一系列的方位與形態(tài)的變化。心臟環(huán)化包括右旋環(huán)化和S型環(huán)化。一、右旋環(huán)化雞心管環(huán)化始于H.和H第9+/10-期。在心管的原始錐體和原始心室的交匯處出現(xiàn)錐干溝。原始心室區(qū)向腹側(cè)彎曲。同步心管的彎曲部分移至右邊，心管的腹面和背面分別成為H.和H.第12期心室彎曲的右凸面和左凹面。相對的，心管的左右側(cè)分別變成且和H.第12期心室彎曲的腹面和背面。向右環(huán)化完畢于H.和H第12期，即原始心室向右彎曲的完畢。然而H.和H.第12期的心管與較后階段相比，原始心室彎曲不僅是心管移向身體右側(cè)，心錐體將移向右側(cè)，這不一樣于原始心室彎曲的右向置換，心錐并不彎曲而是殘留的直形心管。在原始心室右翼彎曲時，心錐的縱軸仍與胚胎的頭尾軸平行。原始心室右翼彎曲并不會導(dǎo)致心錐的偏側(cè)化，而僅會使心管尾部與頭部內(nèi)部扭轉(zhuǎn)。心錐向右轉(zhuǎn)移可以表述為心環(huán)動脈極的右向扭結(jié)。因此，心錐的縱軸由最初的垂直方向轉(zhuǎn)換為水平方向，并在心錐與動脈極的交接處形成了拐角。二、S形環(huán)化H.和H第12/13期開始，胚胎繞頭-尾軸向右旋轉(zhuǎn)也影響心臟的發(fā)育。心錐尾部側(cè)壁與原始心房頭部側(cè)壁之間的距離縮短，原始心室彎曲由其最初的頂部位置向原始心房尾部位置轉(zhuǎn)變。胚胎軸向扭轉(zhuǎn)使得心臟的動、靜脈極確定下來(圖16.3)。環(huán)化心管的另一種瞬時扭轉(zhuǎn)發(fā)生在H和H第14-17期。這使得左心房臨時位于心管的頂部、右心房左側(cè)；原始心室區(qū)彎曲的近端也臨時位于心管的頂部、心室曲遠(yuǎn)端左側(cè)(圖16.3）心管S形環(huán)的形成一般在H.和H.第18期完畢。在這個時期,原始心室彎曲的位置在心房的尾部確定下來,其外凸面也指向尾部。大動脈弓心臟動脈端動脈干動脈球圍心腔耳腫脹靜脈竇心室心房房室管心室間隔心室房室管第四節(jié)心臟腔室的形成不一樣種屬的動物之間心腔(cardiacchambers)構(gòu)造是不一樣的，如成體斑馬魚的心臟只具有2個腔，即單心房和單心室，且心房和心室之間沒有分隔；成體爪蟾的心臟包括3個腔，即兩個小的心房、一種房室瓣和一種大的心室;高等脊椎動物則有4個腔，即左右心房和左右心室，且肺循環(huán)和體循環(huán)是分開的。一、心房的形成原始心管在環(huán)化期已經(jīng)分化并形成了心房區(qū)、心室區(qū)和流出管。心房區(qū)(atrialregion)的上外側(cè)壁首先向外膨脹，直至流出管，由此形成心房(atrium)的多種附屬構(gòu)造。當(dāng)心房中的體靜脈竇合為一體時，其位置剛好位于心耳以及正在發(fā)育的原始隔閡之間。心耳是房室管肌肉組織融合進人發(fā)育中的心房而成，與膨大的右心房前庭末梢相連。在左心房中，對最終的腔室構(gòu)造形成起重要作用的是原始心管的心房區(qū)；伴伴隨右心房的發(fā)育，最初房室管的一部分將與二尖瓣(mitralvalve)的前庭同樣開始融合進人最終的左心房。在人體中，肺靜脈在形成的初期并不重要，由于單獨的靜脈是向下開口的:但隨即進行的分隔作用能使靜脈腔擴大，并形成左心房的頂部，最終形成具有4個靜脈孔的特定構(gòu)造(圖16.4)。二、心室的形成心室(ventricle)來源于心室環(huán)。原始心管的心室區(qū)最初是由來源于原始心臟新月區(qū)的“Y”型心管的主干以及來自次級心域的末梢構(gòu)造形成的。心室形成的基礎(chǔ)是從原始心管心室區(qū)的入口端頂部到出口端頂部形成的外囊構(gòu)造，這些頂部構(gòu)造特有的小梁形成的發(fā)育,賦子了心室左或右的最終形態(tài)學(xué)特性。從心室到心房或從心室到流出管的發(fā)育過程中存在著“表型轉(zhuǎn)換”現(xiàn)象。三、心臟間隔的形成隔開心房和心室的各個腔室的支架構(gòu)造幾乎都是肌肉構(gòu)造，這些肌肉構(gòu)造通過鄰近肌肉壁的折疊或夾壓而成；尚有一小部分膈膜不是肌肉組織，而是膜狀膈膜(membranoussepum)。這小部分膜狀膈膜是由房室墊(arorenticularcushion)形成的，其中一部分由鄰近融合的流出管腔墊膜末端形成。第五節(jié)脊椎動物心傳導(dǎo)系統(tǒng)的發(fā)生一、節(jié)律和傳導(dǎo)系統(tǒng)心跳是由一組異質(zhì)性的組織啟動和協(xié)調(diào)的，這一組組織統(tǒng)稱為節(jié)律(rhythm)和傳導(dǎo)系統(tǒng)(conductinayacem)。心傳導(dǎo)系統(tǒng)重要由竇房結(jié)(arioneetor)、房室結(jié)(ariventrcularnode)、房室束(trioventicularbun-dle)3部分構(gòu)成(圖16.5)，浦肯野纖維則構(gòu)成外圍組織。動作電位是由心肌收縮產(chǎn)生的，最開始是在竇房結(jié)中產(chǎn)生，傳導(dǎo)至房室結(jié)。這時有一種簡樸的延擱。再通過房室束的浦肯野纖維傳入心室肌。竇房結(jié)右肺靜脈房室結(jié)浦肯野纖維

背積極脈肺動脈房室束左束支在心臟中，習(xí)慣性地將工作肌(重要功能是收縮)與傳導(dǎo)系統(tǒng)(重要功能是產(chǎn)生并傳導(dǎo)電興奮)辨別開來。傳導(dǎo)系統(tǒng)的不一樣組分有不一樣的功能:竇房結(jié)，包具有主起搏點，起博點的功能是保證血壓和血液單向流動，可產(chǎn)生興奮，產(chǎn)生的興奮隨即經(jīng)心房肌(在這個意義上，是傳導(dǎo)路過的一部分)傳向房室結(jié)。在房室連接處，深入的傳導(dǎo)被絕緣纖維中斷，但在另一種位點，特異的房室束通過中央纖維體穿透房室連接。房室結(jié)位于房室連接的心房一側(cè)，可視為心房傳導(dǎo)軸的末端，興奮傳播入心室會有短暫的延擱，這是由房室結(jié)產(chǎn)生的，從而容許心房收縮時心室充盈。二、心室小梁和心室傳導(dǎo)系統(tǒng)的發(fā)生整個心室傳導(dǎo)系統(tǒng)來自一種來源，即圍繞心室間圓孔的心肌環(huán)和心室小梁狀成分。房室溝向右擴張使這個心肌環(huán)進入一種位置，在這個位置它能與房間隔接觸，從而建立房室傳導(dǎo)軸，流出道的左向擴張使出口和左心室相連。在成年雞心臟中這整個體系可清晰觀測到，然而在人體中,只有房室束(和束分支)還保留，根據(jù)這個體系在小雞心臟中的位置，原始心室內(nèi)心肌層假如沒有退化，可以定位在人心臟中。三、環(huán)化心管產(chǎn)生房室延擱沿心管的所有肌細(xì)胞動作電位上升較慢，這是重要由Ca2+流產(chǎn)生的動作電位的經(jīng)典特性，經(jīng)由L和T型鈣離子通道。由于慢速去極化，動作電位由后向前傳導(dǎo)的速度也一致地較慢，伴隨環(huán)化的逐漸進行，開始出現(xiàn)速度的不一致，將迅速傳導(dǎo)的心房和心室節(jié)段分開的慢速傳導(dǎo)房室道(atrioventricularcanal)變得明顯。在鳥類中，房室延擱在發(fā)育的42h左右非常明顯，分別相稱于小鼠和人類發(fā)育的第8和25天。房室道是環(huán)化心管的3個區(qū)域之-(此外2個為竇房區(qū)和流出道)，與初期心管具有相似的電機械特性，伴隨心血管系統(tǒng)體積增大變得愈加復(fù)雜，這些慢速傳導(dǎo)的節(jié)段和相連的墊組織形成括約肌樣的閥門，協(xié)調(diào)收縮和舒張，提高泵血的效率。房室延擱很也許不是由一種膜通道產(chǎn)生，心臟興奮在細(xì)胞與細(xì)胞之間的傳導(dǎo)由心肌細(xì)胞間隙連接介導(dǎo)，對嚙齒類動物中的研究表明，在心管(隨即是房室道和流出道)中的電偶聯(lián)重要依賴由Connexin45(Cx45)構(gòu)成的間隙連接，其特性是高電位敏感性和低通透性,這一特性很也許是房室道慢傳導(dǎo)速度慢的原因，cx45基因敲除導(dǎo)致環(huán)化心管時期心臟興奮傳導(dǎo)的阻滯，從而產(chǎn)生致死效應(yīng)，這一試驗中強調(diào)了Cx45的傳導(dǎo)特性，并且Cx45在小鼠和其他哺乳動物竇房結(jié)和房室結(jié)高度體現(xiàn)，房室結(jié)功能異常常體現(xiàn)為迅速心律失常(tach-yarhymias)和慢速心律失常(bradyarhythmias)，尤其是結(jié)內(nèi)或結(jié)外旁路(intraorextranodalbypasstracts)，患者需要終身治療、電起搏器和電生理治療。四、浦肯野纖維的來源在約10天的雞胚中，浦肯野纖維(Purkinjefiber)的分化變得非常明顯，而心管的心肌細(xì)胞早就有了電活性。冠狀血管(coronaryvessels)可誘導(dǎo)其周圍的浦肯野纖維分化。當(dāng)心臟提成心房和心室后,心臟周圍的原始細(xì)胞侵人心管，并漸漸發(fā)育成冠狀血管。在房室分裂形成中，神經(jīng)嵴突細(xì)胞(cardiacneuralcrestcells)有也許參與了冠狀血管的發(fā)育。在胚胎4天，神經(jīng)嵴突細(xì)胞最先侵入動脈部分，隨即進人心肌層，接著心肌細(xì)胞開始分化。在整個心臟的發(fā)育過程中，都可以檢測到浦肯野纖維的分化。浦肯野纖維來源于血管外周區(qū)域的下層心肌細(xì)胞，而這些血管外周區(qū)域則是未來形成冠狀血管的地方。第六節(jié)心臟發(fā)育的分子調(diào)控機制6.1心臟基因的程序性體現(xiàn)目前對調(diào)整心臟基因體現(xiàn)程序開始的分子機制有一定的理解，心肌細(xì)胞的形成是一種復(fù)雜多級的過程。下胚層和前部側(cè)內(nèi)胚層均有心源性誘導(dǎo)的能力。生長因子ActivinA也具有下胚層的誘導(dǎo)能力。體內(nèi)與體外試驗都闡明Activina是心肌細(xì)胞形成的最早誘導(dǎo)者，不過在小鼠中阻斷任何激活素生長因子的功能都不會導(dǎo)致心臟形狀變化。這些試驗闡明在體內(nèi)激活素生長因子也許直接作用于原腸胚，或者為其他TGFB超家族組員指明信號途徑。前內(nèi)胚層提供信號誘導(dǎo)初期的心臟轉(zhuǎn)錄因子Nkx2.5和GATA4在前側(cè)中胚層(心臟前體)中體現(xiàn)(圖16.6)。在雞和非洲爪蟾中,Wnt生長因子(其信號通過經(jīng)典B-catenin途徑)在原腸胚時期的中胚層細(xì)胞中克制心臟基因的體現(xiàn)程序(圖16.6D，F(xiàn))。當(dāng)中胚層細(xì)胞向前遷移時,Wnt信號被cresent和/或Dickkopf-1克制，這時心臟基因體現(xiàn)程序開始。阻斷β-catenin的功能導(dǎo)致胚胎在原腸胚期時致死,但在內(nèi)胚層中定點敲除B-catenin時將產(chǎn)生多重心臟，這闡明B-catenin的缺失將導(dǎo)致內(nèi)胚層細(xì)胞的發(fā)育命運變化方向，容許這些細(xì)胞自主發(fā)育成心肌細(xì)胞。但經(jīng)典Wmt信號途徑在小鼠P19C6心肌細(xì)胞中激活誘導(dǎo)而不是克制心肌細(xì)胞形成。盡管Wnt克制子的體現(xiàn)貫穿整個胚胎前部,但心臟基因體現(xiàn)程序只在前部一側(cè)的心臟形成區(qū)域開始，這闡明心臟基因體現(xiàn)程序的對的誘導(dǎo)還需要其他因子的參與。骨形成蛋白(BMP)家族是第一種被鑒定的在前體心臟中胚層區(qū)域體現(xiàn)的生長因子家族。BMP2在內(nèi)胚層體現(xiàn).BMP4和BMP7在被外胚層覆蓋的前體心臟中胚層體現(xiàn)。有趣的是，BMP向中央延伸至心臟形成區(qū)域,將會導(dǎo)致Nkx2.5體現(xiàn)區(qū)域也向中間擴展,不過側(cè)面延伸并不能影響心臟形成區(qū)域。心臟形成區(qū)域的側(cè)面限制也許是由激活素IIA受體控制的，激活素IIA只在胚胎前面偏一側(cè)部分體現(xiàn)。這些試驗闡明低水平的Wnt和高水平的BMP信號是必需并且足夠誘導(dǎo)Nkx2.5在心臟形成區(qū)域體現(xiàn)。波及的第二個生長因子是成纖維生長因子(FGF)家族，在雞胚的H.和H.第5期FGF1、FGF2、FGF4和FGF8A在內(nèi)胚層中各自體現(xiàn)，并且在體外可以誘導(dǎo)心肌細(xì)胞的形成。與上面提到的BMP試驗形成對比,FGF能誘導(dǎo)Nkx2.5體現(xiàn)區(qū)域向側(cè)面擴展,不過中間不會擴展，并且BMP在中間體現(xiàn)不僅可以誘導(dǎo)Nkx2.5同步也能誘導(dǎo)FGF的體現(xiàn)，這闡明FGF信號位于BMP信號的下游。然而在雞胚的H.和H.第4~6期切除內(nèi)胚層,FGF同樣也能誘導(dǎo)心肌的形成，不過BMP沒有這種功能，并且在體外試驗中，單獨體現(xiàn)BMP或FGF就只能誘導(dǎo)較晚的側(cè)面中胚層心肌細(xì)跑進行分化的第一步，這些試驗成果闡明FGF和BMP信號互相協(xié)作促使了心肌細(xì)胞的形成。盡管Wnt經(jīng)典途徑克制心肌細(xì)胞形成，Wntl1路過經(jīng)JNK激活心肌細(xì)胞的形成并且克制Wnt經(jīng)典途徑。在非洲爪蟾中，Wnll在前側(cè)中胚層體現(xiàn)，缺失則不能形成心肌細(xì)胞;Wntll能誘導(dǎo)小鼠胚胎P19心肌細(xì)胞的形成。此外發(fā)目前心肌形成過程中，Smad和JINK都介導(dǎo)BMP信號。圖16.6心臟基因體現(xiàn)示意圖(A)雞胚H和H第5~6時期的背部觀圖。原條在原腸胚時期貫穿了整個上胚層細(xì)胞;原條的最前端為亨氏節(jié);兩邊的生心區(qū)用灰色標(biāo)出,心臟基因體現(xiàn)程序的最早標(biāo)識物是轉(zhuǎn)錄因子Nkx2.5(C)。(B,C,D,E,F,C)示各個轉(zhuǎn)錄因子在雞胚中的體現(xiàn)位置。(H)轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控圖。克制Wn8c和Wnt3a在胚胎后部的體現(xiàn)Nkx2.5基因才能體現(xiàn)(D、F),Wnt克制子Crescent和Dickkopf1(Dk-1)均在胚胎前部體現(xiàn)(E)。隨即BMP、FGF和Wnt11共同協(xié)調(diào)調(diào)控Nkx2.5的體現(xiàn)以及調(diào)控細(xì)胞分化成跳動的心肌細(xì)胞。JNK信號是Wnt和BMP信號的結(jié)合處,在心肌細(xì)胞的形成中BMP信號同步調(diào)控Smad和JNK二、轉(zhuǎn)錄因子在心肌調(diào)控中的作用1.下游調(diào)控靶點在體內(nèi)，ANF和Cx40是Nkx2.5和Tbx5的靶點。體外和體內(nèi)試驗都可以觀測到Tbx5對ANF的調(diào)控具有劑量依賴性，這闡明轉(zhuǎn)錄因子對基因體現(xiàn)起著很好的調(diào)控作用。在雜合子系統(tǒng)中Nkx2.5對ANF的轉(zhuǎn)錄激活具有劑量依賴性，但在體內(nèi)只有nkx2.5完全缺失才能減少ANF的體現(xiàn)量。因此，ANF的體內(nèi)體現(xiàn)重要是依賴Tbx5的劑量(圖16.7)，這兩種轉(zhuǎn)錄因子互相作用保證完全激活nkx2.5體現(xiàn)。圖16.7心臟轉(zhuǎn)錄因子Tbx5和Nkx2.5的基因體現(xiàn)調(diào)控模式圖anf有3個Tbx5結(jié)合位點和2個Nkx2.5結(jié)合位點;cx40則有5個Tbx5結(jié)合位點和1個Nkx.5結(jié)合位點。比例表達基因體現(xiàn)的活性Tbx5和Nkx2.5作用在cx40啟動子的特定結(jié)合位點直接激活它的體現(xiàn)。cx40的轉(zhuǎn)錄對于Tbx5的劑量非常敏感，在小鼠心臟中將Tbx5的體現(xiàn)量減少50%導(dǎo)致cx40幾乎不能轉(zhuǎn)錄，這闡明Tbx5對cx40啟動子多種位點的結(jié)合只是基因調(diào)控的第一步，不過Tbx5劑量的減少對于轉(zhuǎn)錄作用呈非線性關(guān)系。因此，在心臟發(fā)育過程中,Tbx5在特定位點的特定水平成為基因體現(xiàn)的開關(guān)(圖16.7)。心錨反復(fù)蛋白(CARP)和pix2基因也是Nkx2.5靶基因。carp基因在Nkx2.5型胚胎中是下游調(diào)控因子，在體內(nèi)Nkx2.5直接調(diào)控carp的體現(xiàn)。同樣pix2受復(fù)合調(diào)控元件的控制，它帶有一種Nkx結(jié)合位點，這對于心臟后期體現(xiàn)是必需的。GATA4和其他的GATA因子對于多種心臟基因(包括anf若干收縮蛋白基因、gaa6、nkx2.5和dHAND等)起重要的調(diào)控作用。這些基因的啟動子上均有功能性的GATA結(jié)合位點,體外與體內(nèi)試驗都證明這對于轉(zhuǎn)錄的完全激活是必需的。2.基因的協(xié)同作用鋅指蛋白GATA-4和它的結(jié)合伴侶對于心臟分隔是很重要的。GATA-4和FOG-2互相作用克制了依賴GATA-4的轉(zhuǎn)錄作用，但也有報道闡明這種互相作用對于轉(zhuǎn)錄是互相增進的。在果蠅中,U區(qū)形成以及哺乳動物FOG蛋白克制了Pannier的活性,Pannier是CATA-4的同族體,與背部心管形成有關(guān)。對小鼠進行基因工程將其gata-4突變，設(shè)計成GATA-FOG互相作用的體系,發(fā)現(xiàn)其表型與FOG2缺失的小鼠相似。同步gata-4的錯義突變破