ETV2解码内皮谱系定向与心脏发育抑制的调控网络：先天免疫通路的新角色

本刊推荐：为解决ETV2如何协调内皮谱系定向并抑制中胚层其他命运（如心脏谱系）这一机制难题，Das等人通过ES-EB模型结合多组学分析，揭示了ETV2通过剂量依赖性方式激活Tlr3/Tlr4先天免疫通路促进内皮分化，并直接结合抑制心脏关键调控因子Mesp1/Gata4，从而特异性引导内皮谱系定向，为血管发育和再生医学提供了新的理论基础。

　　

在胚胎发育的奇妙旅程中，细胞如何选择自己的命运一直是一个核心谜题。尤其是在中胚层分化过程中，多能 progenitor 细胞需要准确无误地分化为心脏、血管或血液等不同谱系，任何错误都可能导致发育缺陷甚至胚胎死亡。近年来，科学家发现一类被称为"先锋转录因子"的分子扮演着关键角色，它们能够结合封闭的染色质，开启特定的分子程序，指导细胞走向特定命运。

在这些先锋因子中，ETV2尤其引人注目。早期研究发现，缺失ETV2的小鼠胚胎会因为完全缺乏血管系统而死亡，表明这个因子对内皮发育不可或缺。然而，尽管我们知道ETV2很重要，但它究竟如何精确指导内皮谱系定向，同时抑制其他中胚层命运（如心脏谱系），以及它如何通过表观遗传机制实现这些功能，仍然存在大量未知。

正是在这样的背景下，斯坦福大学心血管研究所的Das研究团队在《Cardiovascular Research》上发表了他们的最新研究成果。他们利用小鼠胚胎干细胞-胚胎体(ES-EB)分化模型，结合单细胞转录组测序(scRNA-seq)、染色质可及性测序(ATAC-seq)和染色质免疫沉淀测序(ChIP-seq)等多组学技术，深入解析了ETV2调控内皮谱系特化的分子网络。

研究人员首先建立了能够模拟胚胎发育过程的ES-EB模型，通过荧光激活细胞分选技术(FACS)分离了四种不同的细胞群体：骨骼肌前体细胞(PDFGRa⁺)、造血内皮祖细胞(Flk1⁺)、心脏前体细胞(PDFGR⁺/FLK1⁺)和祖细胞(^-/-)。通过将这些细胞与E6.5至E8.5小鼠胚胎的分子特征进行比较，证实了该模型能够可靠地重现原肠胚形成和早期器官发生的分子动态过程。

从多能中胚层前体到谱系特化的轨迹分析

通过伪时间分析，研究团队描绘了从中胚层前体细胞到不同谱系的分化路径。他们发现Etv2表达从共同的中胚层前体开始，到造血内皮和心脏谱系共有的中间前体阶段逐渐增加，最终在造血内皮谱系中达到峰值，而在心脏谱系中显著降低。这一表达模式提示Etv2的上调是中胚层前体向造血内皮谱系分化所必需的。

ETV2过表达揭示剂量依赖性的谱系定向调控

为了验证ETV2的功能，研究团队在EB中过表达ETV2(ETV2OE)，结果导致中胚层前体细胞几乎完全消失(从17.83%降至0.58%)，同时造血内皮祖细胞和内皮细胞显著增加。有趣的是，在ETV2OE细胞中，Etv2表达水平较低的细胞产生了血液和心脏细胞，而Etv2高表达的细胞则主要分化为内皮细胞(90.02%)。这表明存在一个剂量依赖性的阈值：Etv2需要达到一定水平才能激活内皮谱系并抑制心脏谱系。

鉴定ETV2下游的新型效应因子Tlr3和Tlr4

通过整合scRNA-seq、ATAC-seq和ChIP-seq数据，研究人员发现了两个新的ETV2靶基因：Tlr3和Tlr4。ChIP-seq分析显示ETV2直接结合在这些基因的5'调控区域，且在ETV2OE EBs中这些结合位点周围有丰富的H3K27ac修饰。功能实验证实，使用Tlr3或Tlr4抑制剂处理ETV2OE EBs会减少造血内皮谱系细胞数量，证明这两个Toll样受体是ETV2的功能效应因子，参与正确的造血内皮谱系特化。

ETV2通过抑制Mesp1和Gata4阻止非造血内皮谱系分化

研究人员还发现ETV2过表达显著降低了心脏关键调控因子Mesp1和Gata4的表达和染色质可及性。ChIP-seq证实ETV2直接结合到Mesp1基因位点，电泳迁移率变动实验进一步验证了这种直接结合。相应地，在ETV2敲除的EBs和E7.5小鼠胚胎中，Mesp1表达增加。这些发现不仅证实了Etv2和Mesp1之间相互拮抗的表达模式，还揭示了ETV2通过直接抑制心脏主调控因子来强化谱系限制的功能重要性。

这项研究为我们理解ETV2作为先锋转录因子调控内皮谱系特化提供了重要的机制见解。研究表明ETV2通过复杂的调控网络，不仅直接激活内皮特异性基因程序，还主动抑制非内皮谱系（特别是心脏谱系）的发育。更重要的是，研究揭示了ETV2通过调控先天免疫相关基因Tlr3和Tlr4来指导内皮分化的新功能，这为理解免疫相关分子在早期发育中的作用开辟了新视角。

从更广阔的视角来看，这项工作的意义远超出了基础发育生物学领域。对ETV2调控网络的深入理解可能为心血管再生医学提供新的策略，例如通过操纵ETV2或其下游靶点来促进血管生成或改善组织缺血性疾病。同时，发现ETV2与先天免疫通路的联系也提示了发育程序与免疫系统之间可能存在更深层次的进化联系，这为研究各种血管性疾病的发病机制提供了新的思路。