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重磅级文章解读心脏再生领域研究进展

发布时间: 2017-08-25 21:32     来源: 生物谷

心脏病是全世界人群死亡的主要原因,一旦患者的心脏组织遭受损伤就很难对其进行修复了,如今科学家们在修复心脏损伤或心脏再生领域中一直在不断探索新的疗法,本文中,小编就对近年来科学家们在心脏再生领域的突破性进展进行整理,分享给各位!

【1】Nat Genet:干细胞技术能够再生心脏

DOI:10.1038/ng.3929

根据最近由USC的研究者们做出的一项发表在《Nature Genetics》杂志上的研究,一些人的心脏受损后的修复能力相比其他人群要明显高一些。

在这项研究中,第一作者,来自Henry Sucov实验室的博士后Michaela Patterson等人将研究重点放在一类叫做“MNDCM”的可再生的心脏肌肉细胞上。斑马鱼以及新生的哺乳动物体内存在着大量的MNDCM,其心肌的再生能力也相对较强。然而,对于成年哺乳动物来说,这类细胞的减少会导致其心脏在受损之后的再生能力受到阻碍。

即使如此,成年哺乳动物的命运也并非不能改变。Michaela等人发现不同品系的成年小鼠心脏中MNDCM的数量存在明显的差异。在一些品系中,MNDCM的比例仅占1.9%;而在另外一些小鼠中这一数字则达到了10%。与预期相符,这类细胞所占比例越高,则小鼠心脏受损后心肌的再生能力越强。

利用基因组水平的分析手段,作者们找到了与之相关的一种叫做“Tnni3k”的基因。通过阻断该基因,研究者们能够提高小鼠心脏中MNDCM的水平,进而促进心脏再生的过程;与之相反,当研究者们敲低斑马鱼体内该基因的表达水平,则其MNDCM的水平以及心脏再生的能力都会受到影响。

【2】Journal of Clinical Investigation :揭示心脏修复再生中新血管形成的机制

国际学术期刊Journal of Clinical Investigation 在线发表了中国科学院上海生命科学研究院生物化学与细胞生物学研究所周斌研究组的科研成果Preexisting coronary endothelial cells mediate cardiac neovascularization after injury。该研究利用系统的遗传谱系示踪技术揭示了成体心脏修复再生中新生血管的来源,为临床治疗心梗后的心脏再生治疗提供了重要的理论基础和新的思路。

冠状动脉疾病是当今世界上的首要致死疾病,冠状动脉粥样硬化及心肌梗塞等冠状动脉疾病发生后,导致了心脏供血供氧的不足,大量细胞死亡,从而诱发了炎症及损伤修复反应,促使新血管的形成,以恢复损伤区的血液供应,因此,快速的血管新生过程对于心肌损伤后的修复过程具有至关重要的作用。

【3】Nature:重大突破!胞外基质蛋白Agrin促进心脏再生,有助开发新的心脏病疗法

doi:10.1038/nature22978

心脏病仍然是全世界的一个主要的死亡原因,但是一旦心脏组织遭受损伤,迄今为止为数不多的可用的治疗方法在大多数时候仍然不能够取得成功。哺乳动物心脏实际上能够再生和修复损伤,但是这种能力只能持续到出生的时候。在此之后,这种能力似乎永久地消失了。如今,在一项新的研究中,来自以色列魏茨曼科学研究所等研究机构的研究人员发现新生心脏中的一种蛋白分子似乎控制这种再生过程。当被注射到遭受心脏病发作的成年小鼠心脏中时,这种被称作聚集蛋白(Agrin)的分子似乎“开启”这种再生过程,能够修复受损的心肌。、这些发现为恢复受损的心脏功能指明一种新的研究方向。相关研究结果于2017年6月5日在线发表在Nature期刊上,论文标题为“The extracellular matrix protein Agrin promotes heart regeneration in mice”。论文通信作者为魏茨曼科学研究所分子细胞生物学系的Eldad Tzahor教授。论文第一作者为Tzahor实验室博士生Elad Bassat。

Tzahor解释道,在人遭受心脏病发作后,这种心脏愈合过程是漫长的和效率低下的。一旦遭受损伤,心肌细胞就被瘢痕组织替换掉,然而瘢痕组织不能够收缩,因而不能够参与泵血。这接着对剩余的心肌组织产生进一步的压力,最终导致心力衰竭。

【4】PNAS:突破性发现!抗癌药物或有望促进心脏组织再生

doi:10.1073/pnas.1621346114

日前,一项刊登在国际杂志Proceedings of the National Academy of Sciences上的研究报告中,来自德州大学西南医学中心(UT Southwestern Medical Center)的研究人员通过研究发现,一种新型抗癌制剂或有望促进损伤的心肌组织进行再生,相关研究或为开发抑制充血性心力衰竭的新型疗法提供新的思路。

机体中的很多组织或细胞,比如血细胞以及肠道内壁组织都会在人的一生中持续再生,而其它组织,比如心脏组织则不会,因为心脏无法进行自我修复,而由心脏病发作引发的心脏损伤就会产生永久性的疤痕组织,这些损伤会频繁导致心脏功能的严重弱化,也就是引发心力衰竭。

多年以来,科学家Lawrence Lum及其同事一直在从事研究开发靶向作用Wnt信号分子的癌症药物,这些信号分子对于组织再生非常重要,但却会经常诱发癌症;人类机体中Wnt蛋白产生的关键就是Porcn酶(豪猪酶,porcupine enzyme),之所以对其这样命名,是因为缺失该基因的果蝇胚胎组织的结构类似豪猪,目前研究人员已经开发出了Porcn酶的抑制剂。

【5】Nat Biomed Eng:突破!科学家利用干细胞成功再生出心脏外层结构

新闻阅读:Researchers use stem cells to regenerate the external layer of a human heart

近日,刊登在国际杂志Nature Biomedical Engineering上的一项研究报告(doi:10.1038/s41551-016-0003)中,来自美国宾夕法尼亚州立大学的研究人员通过研究利用干细胞成功再生出了人类心脏的心外膜细胞;研究者表示,早在2012年,我们就发现如果能够利用化学物质处理人类干细胞,使其连续激活干细胞并且抑制Wnt信号通路,就会促进干细胞转变成为心肌细胞,心肌作为心脏三层结构中的中间一层结构,其非常厚实,能够通过收缩向机体各部供血。

Wnt信号通路是由蛋白质组成的一种特殊的信号转导途径,其能够利用细胞表面受体将信号传入细胞内部。Xiaojun Lance Lian教授表示,我们需要为心脏祖细胞(cardiac progenitor cells)提供额外的信息使其转化成为心外膜细胞,但在这项研究之前,我们并不清楚这种特殊的信息是什么,如今通过研究发现,如果能够再次激活细胞中的Wnt信号通路,我们就能够重新驱动心脏祖细胞转变成为心外膜细胞,而不是心肌细胞。

这项研究或许能够帮助研究人员对机体整个心脏壁进行再生,通过形态学的评估和功能性的分析,研究者发现,制造出的心外膜细胞同人类机体中和实验室生长的心外膜细胞非常相似。那么最为关键的一点就是如何将心脏祖细胞转变成为心脏的心内膜细胞(心脏内层细胞),目前研究人员正在努力对该问题进行攻克。

【6】Nature:重大突破!科学家发现低氧环境或许会诱发心脏再生!

doi:10.1038/nature20173

正常健康的心肌必须有富含氧气的血液供给,但近日一项刊登于Nature杂志上的研究报告中,来自西南医学中心的研究人员通过研究发现,将小鼠置于极端缺氧的环境中时小鼠也能够进行心肌再生。

文章中,研究者将小鼠生存环境中所呼吸的氧气的比例逐渐降低到7%(相当于珠穆朗玛峰山顶的氧气浓度),当小鼠在低氧环境中生存两周后,其机体的心肌细胞开始发生分裂和生长了,正常情况下在成体哺乳动物中心肌细胞并不能够进行分裂。此前研究者通过研究发现,新生哺乳动物的心脏有能力再生,这就类似于皮肤在损伤后能够自我修复一样,但随着动物年龄增长,在接下来的数周内,动物机体的心肌再生能力就会失去,也就是说心肌细胞必须“沐浴”在心脏种的富氧环境中。

研究者Hesham Sadek教授说道,成年人的心脏在心脏病发作后并没有能力进行任何深度修复,这也就是为何心脏病发作对机体会产生永久性的影响,虽然有悖常理,本文研究中研究者发现,明显降低氧气的暴露或许会避开因氧气而引发的细胞损伤,从而就会开启细胞的分裂模式,导致心脏再度生长。

【7】Nature:利用实验室培养的干细胞再生猴子心脏

doi:10.1038/nature19815

在一项新的研究中,日本研究人员在实现器官再生中取得重要进展:利用猴子皮肤细胞产生的干细胞让5只患病的猕猴受损的心脏再生。相关研究结果于2016年10月10日在线发表在Nature期刊上,论文标题为“Allogeneic transplantation of 这一实验有助实现提供一种巨大的无争议的再生细胞来源以便将这些细胞移植到心脏病患者体内来治疗这些患者的目标。这将会缓解从胚胎中或者从移植受者本身收集干细胞的需求。日本研究人员在这项研究中所使用的干细胞是所谓的诱导性多能干细胞(iPSCs)。iPSCs经诱导后产生被称作心肌细胞的心脏细胞。ipsCs是通过促进成熟的已特化的人细胞(如皮肤细胞)返回到一种中性的幼年状态,在此状态下,它们能够产生任何其他类型的人细胞。

【8】PNAS:可用于心脏再生的创新性“工具”

doi:10.1073/pnas.1608256113

心血管疾病是引发美国人群死亡的主要原因,每年都有四分之一的人死于心血管疾病,而且患者心脏病发作后5年的生存率不如大多数癌症,目前患者遭遇的最大问题就是其机体并不能进行有效的损伤后修复,近日来自休斯顿大学的研究者通过研究在此领域获得了巨大进展。研究者开发了一种新型策略来帮助患者进行心脏肌肉的再生,相关研究刊登于国际杂志PNAS上。

人类的心脏是一种并不能进行再生的器官,而且心肌细胞的数量会随着年龄增长而不断下降,在损伤期间细胞就会流失,比如心脏病发作等,损伤的细胞通常会被结缔组织移除,这称之为纤维化过程,该过程会导致心脏泵血功能的却是,而这就是心脏疾病同癌症一样死亡率较高的主要原因。

为了找到一种解决方法,研究者Liu和其同事对胚胎中心脏形成的机制进行了研究,他们非常好奇他们所发现的新型调节子是否能够将人类的成纤维细胞转化为心脏肌肉细胞。研究者Schwartz说道,我们首次通过研究来将人类的成纤维细胞转化为心肌细胞,而且我们希望这些microRNA调节子应该具有潜在的活性。

【9】周斌小组揭示哺乳动物心脏再生调控机制

中科院上海生科院营养科学研究所周斌课题组发现,转录因子GATA4可通过调节一个在心脏中特异表达的分泌型因子FGF16,来维持心脏的修复能力,并对损伤后引起的心肌肥厚起到一定抑制作用。这项工作为心肌损伤修复和病理性心肌肥大的临床治疗提供了理论基础。相关研究论文已在线发表于《发育学》杂志。

哺乳动物的心脏一直以来被认为是终末分化的器官,不具有再生能力。但最新研究发现新生小鼠的心脏具有短暂的再生潜能,然而这种再生能力在出生一周后就消失了。阐明这个短暂再生过程中的分子调控机制,重新激活心脏修复相关基因的表达,对心肌损伤后心衰的预防有非常重要的意义。

【10】Cell Reports:研究发现心脏再生细胞的巢穴

doi:10.1016/j.celrep.2014.06.004

近日,Vanderbilt大学的研究者发现:位于冠状动脉的内皮细胞可以充当心脏干细胞功能,以产生新的心脏肌肉组织。

研究结论最近发表在Cell Reports杂志上,可帮助深入了解心脏如何保持本身,并可能便于寻找到心脏病发作后修复心脏新的策略。

心脏一直被认为是没有再生能力的器官,Antonis Hatzopoulos博士说:但是,最近的研究结果已经证明,其实低速率的新心脏肌肉细胞生成提示了心脏干细胞的存在。但这些细胞的来源是未知的。

Hatzopoulos和他的同事推测,位于血管的内皮细胞可能有产生新心脏细胞的潜力。他们知道,内皮细胞在发育过程能产生其他类型的细胞,包括血细胞。

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