Nature重大突破:不同尋常的細胞修復
日期:2012-12-07 09:38:02
人類在出生后不久,心臟細胞即會喪失它們大部分的增殖與再生能力,這使得在生命后期心臟難于從損傷中恢復過來。現(xiàn)在研究人員發(fā)現(xiàn)了4個人類microRNAs,證實它們可以刺激培養(yǎng)物中的成年鼠心臟細胞增殖,當小鼠心臟病發(fā)作時可幫助防止損傷。這一研究在線發(fā)表在12月5日的《自然》(Nature)雜志上。如果microRNAs能夠在人類心肌細胞中發(fā)揮相似的作用,它們或許有潛力成為心臟損傷的一種新再生療法。
華盛頓大學分子生物學家Scot Matkovich(未參與該研究)說:“這是一種不同的修復受損心臟組織的方法。相比于以干細胞為基礎的方法是將新細胞整合到心臟之中,microRNAs (miRNAs)有可能是一種新的途徑,在天然環(huán)境中直接喚醒心臟損傷附近的心肌細胞,由此它們可以更進一步地增殖,填補缺口。”
出生后不久,哺乳動物心臟細胞即喪失了它們大部分的增殖能力,這使得在心臟病發(fā)作后難于修復受損的心臟組織。當前正在進行驗證的一種方法是利用干細胞,在實驗室將它們分化為心肌細胞,然后移植到受損心臟中。
然而由于很難將新細胞與現(xiàn)有系統(tǒng)融為一體,到目前為止干細胞方法一直受阻。“植入的干細胞源性心肌細胞會設法建立自己的跳動節(jié)律,它們難以與心臟的其余細胞保持同步,” Matkovich說。MicroRNAs通過靶向存在于心臟中的細胞,繞過了這一障礙。
研究的領導者、意大利國際遺傳工程和生物技術中心分子生物學家Mauro Giacca說:“或許我們可以從蠑螈和某些魚類動物中學到一些經(jīng)驗,直到成年期它們的心臟都能維持再生能力。魚的心臟細胞再生并不依賴于干細胞或其他復雜的過程。在心臟損傷后,魚心臟細胞會輕微去分化(de-differentiate),恢復增殖直至整個器官完全修復。”
Giacca和第一作者Ana Eulalio認為能夠調控基因網(wǎng)絡的miRNAs有可能參與了受損組織修復。事實上,以往的研究已經(jīng)確定miRNAs在調控心臟細胞大小和抑制心肌細胞增殖中起重要作用。
為了檢驗準這一想法,Giacca研究小組篩查了一個人類miRNAs文庫。在體外實驗中,他們用不同的miRNAs轉染大鼠新生心肌細胞,并檢測了細胞增殖和分裂。科學家們鑒別了200種促進細胞增殖的miRNAs,進一步縮小范圍至4種,這些microRNAs可以誘導成體大鼠心肌細胞增殖,從而提高了在人類中同樣發(fā)揮作用的可能性。
Giacca和同事們進一步測試了其中的兩種miRNAs,將它們注入到新生小鼠和大鼠的心臟。熒光顯微鏡檢查顯示在miRNA注入后大鼠新生心肌細胞發(fā)生了增殖。在注入12天后小鼠新生心臟擴大,但細胞并未顯示增大的跡象,這表明器官中的細胞數(shù)量在增多。
重要的是,在誘導心臟病發(fā)作后立即給予miRNAs,成體大鼠心臟顯示損傷減少,相比未接受治療的大鼠,治療組大鼠心臟維持了功能。如果miRNAs能在人類心臟中促進增殖,Giacca期望它們有可能獲得治療應用,不僅用于心臟病發(fā)作,還可用在任何心臟組織需要修復的情況下,例如在搭橋手術中。
然而Matkovich也表示miRNA治療需要謹慎對待。到目前為止,在心臟病發(fā)作后不久立即給予miRNAs可以幫助防止心臟損傷,這與大多數(shù)人的心臟病發(fā)作病史并無特別相關。然而更遲給予miRNAs是否仍然能幫助修復損傷還有待觀察。
此外,哈佛大學醫(yī)學院分子生物學家Da-Zhi Wang提出還需要仔細注意miRNA表達的長期影響。盡管Da-Zhi Wang認為miRNA刺激心臟細胞再生“肯定有前景,且是正確的方向,”仍然需要開展更多的研究來檢測更長的時程,以及miRNA注射對于其他組織的影響。
事實上,Giacca和同事們已經(jīng)在更大的動物中開展安全和有效性研究。他們也獲得了一些人類細胞的有前景的數(shù)據(jù),現(xiàn)在他們正著手解決治療中的miRNA傳遞問題。Giacca說:“我們感到非常的興奮。有可能無需復雜的程序就可以刺激心臟修復。”
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