研究人员发现成年人的心脏无法再生的原因
2022-11-29 14:52:17来源：cnBeta
随着小鼠心脏细胞的成熟，被称为核孔的通信途径的数量急剧减少。尽管这可能会保护器官免受破坏性信号的影响，但它也可能会阻止成人心脏细胞的再生。这是匹兹堡大学和匹兹堡大学医学院(UPMC)的科学家进行的新研究的结果。
该研究表明，使心脏细胞与环境之间的交流安静下来，可以保护这个器官免受与高血压等压力有关的有害信号的影响，但代价是阻止心脏细胞接收促进再生的信号。这项研究今天(10月24日)发表在《发育细胞》杂志上。
高级作者Bernhard Kühn医学博士说："这篇论文提供了一个解释，为什么成年人的心脏不能自我再生，而新生的小鼠和人类的心脏却能再生，这些发现是对心脏如何随年龄发展以及如何进化以应对压力的基本理解的一个重要进展。"Kühn是匹兹堡医学院和匹兹堡UPMC儿童医院的小儿科教授和小儿心脏再生与治疗研究所主任。
胎儿(左)和婴儿(右)啮齿动物心脏细胞核的电子显微镜图像。随着心脏细胞的发育，核孔的数量减少了。
虽然皮肤和人体的许多其他组织在受伤后保持着自我修复的能力，但心脏却不是这样的。在人类胚胎和胎儿发育期间，心脏细胞经历了细胞分裂，形成了心肌。但随着心脏细胞在成年后的成熟，它们会进入一个终结状态，不能再进行分裂。
为了进一步了解心脏细胞如何以及为什么会随着年龄的增长而变化，Kühn与皮特大学的研究人员和生物医学成像专家刘洋博士(医学和生物工程副教授)和唐娜-斯托尔茨博士(细胞生物学和病理学副教授以及生物成像中心副主任)合作，研究了核孔问题。围绕细胞DNA的脂质膜上的这些孔洞调节着分子进出细胞核的通道。
Kühn说："核包膜是一个不透气的层，像高速公路上的沥青一样保护着细胞核，就像这沥青中的沙井一样，核孔是允许信息通过屏障并进入细胞核的途径。"
利用超分辨率显微镜，刘对小鼠心脏细胞或心肌细胞中的核孔数量进行了可视化和计数。核孔的数量在整个发育过程中减少了63%，从胎儿细胞的平均1856个到婴儿细胞的1040个，再到成年细胞的仅678个。这些发现得到了斯托尔茨的验证，他用电子显微镜显示，核孔密度在整个心脏细胞发育过程中出现了下降的现象。
在以前的研究中，Kühn和他的团队表明，一种名为Lamin b2的基因在新生小鼠中高度表达，但随着年龄的增长而下降，它对心肌细胞的再生很重要。
新的研究显示，阻断小鼠Lamin b2的表达会导致核孔数量减少。具有较少核孔的小鼠向细胞核运输信号蛋白的能力减弱，基因表达减少，这表明随着年龄的增长，交流减少可能会推动心肌细胞再生能力的下降。
Kühn解释说："这些发现表明，核孔的数量控制着进入细胞核的信息流，随着心脏细胞的成熟和核孔的减少，进入细胞核的信息就会减少。"
在应对高血压等压力时，心肌细胞的细胞核会收到修改基因途径的信号，从而导致心脏的结构重塑。这种重塑是心力衰竭的一个主要原因。
研究人员使用高血压的小鼠模型来了解核孔如何对这种重塑过程做出贡献。被设计为表达较少核孔的小鼠显示出参与有害的心脏重塑的基因途径的调节较少。这些小鼠的心脏功能和存活率也比拥有更多核孔的同龄人好。
Kühn说："我们对在高血压小鼠中拥有较少核孔的保护作用的规模感到惊讶。"然而，拥有较少的通信途径也限制了有益的信号，如那些促进再生的信号。"
