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斑马鱼有助心脏修复药物研发

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       据美国《发现》月刊网站7月23日报道,如果有人心脏病发作,却没有得到及时治疗,缺氧会给心肌细胞造成损伤,而它们就可能开始逐渐死亡。由于人类无法长出新的心肌细胞,这可能导致心脏上形成疤痕组织,从而降低心脏泵送血液的效率。然而,德国马克斯·德尔布吕克分子医学中心的一个研究小组最近发现,斑马鱼可以使细胞和器官——甚至心脏——再生。

 

 

  上述研究小组成员之一扬·菲利普·容克在新闻稿中说:“我们想弄清楚这种小鱼如何做到这一点,以及我们能否向它学习。”容克和该研究团队的负责人达妮埃拉·帕纳科娃模拟了斑马鱼心脏发生心肌梗塞的情形。这项发表在《自然·遗传学》杂志上的研究说,研究人员利用单细胞分析和细胞谱系树追踪了斑马鱼心肌细胞的再生情况。

  在显微镜下,研究人员用冷针刺向斑马鱼的心脏。针头对这个微小的心脏造成了直接损害,类似于人类的心脏病发作。针头会引发炎症反应,进而导致出现成纤维细胞——即结缔组织细胞的结疤。

  容克在新闻稿中说:“令人惊讶的是,人和斑马鱼对损伤的即时反应非常相似。不过,人类的有关过程此时就会停止,而在斑马鱼身上,该过程得以继续。它们形成了能够收缩的新的心肌细胞。”

  利用单细胞基因组学技术,该研究团队对这颗受损的心脏进行了检查,以寻找健康心脏中不存在的细胞。他们发现了三种处于活化状态的新型成纤维细胞。从外部看,这些成纤维细胞与其他成纤维细胞是相同的。然而,它们内部含有帮助形成蛋白质的额外基因。例如,胶原蛋白12会帮助修复结缔组织。

  在让受损的人类心脏再生方面,结疤或纤维化通常是一种障碍。然而,受损斑马鱼心脏中的活性成纤维细胞可能是修复心脏的关键。

  为了证明这一点,帕纳科娃操纵基因,关闭了斑马鱼心脏中表达胶原蛋白12的成纤维细胞。这导致斑马鱼心脏未能再生。容克说,认为成纤维细胞帮助修复心脏是合理的。

  他在新闻稿中说:“毕竟,它们就是在受伤处形成的。”

  研究人员通过一种叫做LINNAEUS的技术创建了细胞谱系树,从而确定了被激活的成纤维细胞的来源。2018年,容克所在的实验室开发了LINNAEUS技术。该技术聚焦于基因伤疤来弄清楚每个细胞的起源,这些基因伤疤会形成一种集体条形码。

  容克在新闻稿中解释说:“我们利用CRISPR-Cas9基因剪刀创造了这种条形码。如果受伤后两个细胞有着相同的条形码序列,就意味着它们是相关的。”该新闻稿说,暂时被激活的成纤维细胞的两个来源已经得以确定。一个在心脏的外层——心外膜,另一个在心脏的内层——心内膜。然而,胶原蛋白12细胞全是在心外膜中发现的。

  容克、帕纳科娃以及研究报告的其他作者都希望,通过将他们的专业领域相结合,能够确定哺乳动物的心脏——比如大鼠和人类的心脏——是否缺少心脏再生所需的信号。有了这项研究,研制帮助修复受损人类心脏的药物将成为可能。