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小肠上皮组织是人体营养物质交换的主要场所,在维持机体内稳态和防止肠源性感染中起到重要作用[1]。成纤维细胞生长因子受体(Fibroblast growth factor receptor,Fgfr)属于酪氨酸激酶受体家族成员之一,Fgfr家族共有4个成员:Fgfr1,Fgfr2,Fgfr3和Fgfr4,Fgfr家族高度保守,氨基酸水平上同源性极高[2]。所有四种Fgfr都在肠道中表达。最近的研究表明Fgfrl在人类回肠有表达,Fgfr2在成年期小鼠的整个小肠均有表达[3-10]。Fgfr3和Fgfr4也在小鼠肠中有表达,Fgfr3在肠隐窝的下半部分表达,而Fgfr4的表达仅限于胚胎肠道的上皮细胞[3-10]。可见Fgfr2和Fgfr3两种Fgfr受体在成年期小鼠整个小肠均有表达,可能影响肠上皮稳态平衡和损伤再生过程。 稳态是指在细胞和分子水平,器官和系统以及整体水平上的各种生理活动保持相对稳定的状态。肠上皮稳态强调了各种细胞成分的平衡以及粘膜的屏障、免疫功能的平衡,对维持肠道生理功能和维持机体基本需要非常重要。多种基因和蛋白在调控肠道稳态尤其是调控肠上皮细胞增殖分化方面起到重要作用。研究表明.肠道稳态需要多种成纤维细胞生长因子(Fibroblast growth factor,Fgf)和受体的相互作用。成年肠道中的Fgf10过表达增加了整个小肠的隐窝深度和绒毛高度。它还诱导杯状细胞分化,减少了潘氏细胞的分化[4]。Fgf7(也称为KGF)对成年大鼠的全身给药导致细胞增殖增加和杯状细胞分化增加[11,12]。同时,Fgf7也增加肠绒毛高度和隐窝深度[13]。Fgf10和Fgf7是Fgfr2的特异性配体。但是关于Fgfr2和Fgfr3对于肠道稳态影响的研究却相对较少。 肠稳态的失衡常常也影响肠上皮细胞的损伤再生过程,Fgf和Fgfr的相互作用同样影响小肠上皮损伤再生过程。在炎症性肠病的损伤再生过程中,Fgf2可以激活一系列基因来帮助修复受损的小肠上皮[14],Fgf7减少了大鼠小肠上皮细胞死亡[11],Fgf10可降低结肠炎的严重程度,也可减少大鼠胃肠道溃疡的形成[15-17];在肠缺血再灌注损伤再生过程中,Fgfl,Fgf2和Fgf7都具有保护作用,它们减轻了肠缺血再灌注引发炎症的严重程度[18-23]。另外,在短肠综合症损伤修复过程中,Fgf7和Fgf10可能通过它们与受体的结合促进小肠切除术后的损伤修复[24-27]。但是,关于Fgf和Fgfr作用在电离辐射造成的小肠上皮细胞的损伤再生过程中发挥的作用及其机制的研究却相对较少。 为了深入探究Fgfr2和Fgfr3在成年期小肠上皮稳态和电离辐射造成的小肠上皮细胞的损伤再生过程中发挥作用及其机制。本课题使用可诱导基因修饰技术(Cre-ERT/LoxP),在小鼠小肠发育成熟后在腹腔注射Tamoxifen诱导敲除肠上皮Fgfr2或Fgfr3,这样就可排除其他组织器官和生长发育过程中Fgfr对于小肠上皮组织的影响。本实验在以上小鼠模型的基础上通过组织形态学、分子生物学、细胞生物学和体外器官培养等相关技术与方法,研究了Fgfr2和Fgfr3在成年小鼠肠上皮稳态中的作用和其在电离辐射造成的肠上皮细胞损伤再生中的作用及机制,为从Fgfr角度寻找放射性肠损伤的防治措施提供了一定的基础理论依据。 研究方法: 第一部分: 1.建立了两种小鼠模型,分别是成年期可诱导特异性条件敲除小肠上皮细胞Fgfr2的小鼠模型和成年期可诱导特异性条件敲除小肠上皮细胞Fgfr3的小鼠模型。在Fgfr2 CKO小鼠和Fgfr3 CKO小鼠在2个月左右大小时连续注射4天Tamoxifen,使成年期小鼠小肠上皮敲除Fgfr2和Fgfr3; 2.通过定量RT-QPCR技术和Western Blot方法检测小鼠小肠上皮细胞中Fgfr2和Fgfr3的mRNA相对表达量和蛋白表达量,从而判断特异性敲除效果; 第二部分: 1.成年期可诱导条件性敲除小肠上皮细胞的Fgfr2和成年期可诱导条件性敲除小肠上皮细胞的Fgfr3:在2个月左右大小时连续注射4天Tamoxifen直至取材; 2.通过测量小肠全长、小肠绒毛长度和隐窝深度的变化情况和通过Brdu免疫组织化学染色法,判断小肠上皮细胞的增殖变化情况; 3.通过HE染色、Alsian染色和免疫荧光染色技术,判断吸收性细胞、潘氏细胞、杯状细胞和肠内分泌细胞的分化状况。 第三部分: 1.成年期可诱导条件性敲除小肠上皮细胞的Fgfr2和成年期可诱导条件性敲除小肠上皮细胞的Fgfr3:在2个月左右大小时连续注射4天Tamoxifen; 2.接受电离辐射后,通过Brdu免疫组织化学染色法和HE染色法研究Fgfr2和Fgfr3小肠上皮缺失对于小肠上皮增殖的影响; 3.通过Western Blot方法检测小鼠小肠上皮细胞辐照前后细胞周期抑制因子P21的蛋白表达情况。 实验结果: 第一部分: 1.小肠上皮特定敲除Fgfr2小鼠和小肠上皮特定敲除Fgfr3小鼠构建成功:诱导敲除后,小肠上皮细胞相对于肝脏组织细胞Fgfr2和Fgfr3 mRNA相对表达量下降; 第二部分: 1.肠上皮细胞内Fgfr2功能缺失对肠上皮细胞增殖无显著影响:诱导敲除后,小鼠小肠长度、小肠绒毛长度、隐窝深度和增殖细胞数量均无显著变化; 2.肠上皮细胞内Fgfr3功能缺失对肠上皮细胞增殖无显著影响:诱导敲除后,小鼠小肠长度、小肠绒毛长度、隐窝深度和增殖细胞数量均无显著变化; 3.肠上皮细胞内Fgfr2功能缺失造成肠上皮潘氏细胞比例增加,杯状细胞比例减小,内分泌细胞比例不变; 4.肠上皮细胞内Fgfr3功能缺失造成肠上皮潘氏细胞比例减小,杯状细胞比例不变,内分泌细胞比例不变; 第三部分: 1.辐照条件下肠上皮细胞内Fgfr2功能缺失小肠上皮细胞增殖数未见明显变化; 2.辐照条件下肠上皮细胞内Fgfr3功能缺失造成小肠上皮细胞增殖数量增加; 3.辐照条件下Fgfr3功能缺失小肠上皮细胞内P21的蛋白表达量减少。 结论: 1.肠上皮细胞内Fgfr2缺失造成肠道稳态失衡,主要表现在肠上皮分化的失衡,潘氏细胞比例增加,杯状细胞比例减小; 2.肠上皮细胞内Fgfr3缺失造成肠道稳态失衡,主要表现在肠上皮分化的失衡,潘氏细胞比例减少; 3.Fgfr3是肠道放射损伤再生的负性调节因子,它的负性调节作用可能和细胞周期抑制因子P21有关。