蝾螈可以再生肢体。一些蜥蜴可以长出新的尾巴。甚至人类也可以替换一些器官中受损的组织,例如肝脏。但是,没有谁能做到斑马鱼(一种常见的家庭水族箱居民)所能做到的:再生它们的心脏。生物学家早就知道斑马鱼的心脏再生能力,现在研究人员认为他们已经解开了这个过程的秘密,这可能为人类心脏修复提供重要的线索。
杜克大学的肯尼斯·波斯(Kenneth Poss)和他的同事发现,斑马鱼(Danio rerio)心脏肌肉的再生分两个同步步骤进行。在切除成年斑马鱼心脏心室约20%后的五天内,未分化的祖细胞开始排列在受伤区域并转化为心肌细胞,这些细胞生长和分裂,构建新的心肌。与此同时,心外膜中的发育基因(心外膜是围绕整个心脏并影响胚胎心脏发育的细胞层)被激活,激活了心外膜细胞。这些细胞中的大多数形成一个新的层来覆盖伤口和正在再生的心肌,但一些细胞也为生长中的肌肉创建血管,“发挥着与胚胎心脏发育时相同的作用”,波斯说。
根据11月3日出版的《细胞》杂志上的研究,一种生长因子信号协调这两个过程,使其汇聚在一起修复斑马鱼的心脏。这种由心肌细胞产生的化学物质激活心外膜细胞表面的受体,发出信号使其形成新的心脏内层。如果两种细胞类型之间的通信被阻止,斑马鱼的心脏就会开始结疤,无法完全再生。
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与斑马鱼一样,哺乳动物的心脏也具有祖细胞和心外膜,但前者“找到了有效再生的方法”,波斯说。纽约大学研究斑马鱼但未参与这项研究的研究员黛博拉·耶隆(Deborah Yelon)表示,在这条鱼身上发现的再生机制可以“为渴望修复人类心脏的人们提供一条深入研究的途径”。目前的研究结果提出了可以在人类心脏中测试的策略,例如引入生长因子和激活心外膜细胞上的受体,她说。“也许我们可以让哺乳动物的祖细胞表现得更像斑马鱼细胞,”她补充道。这项研究还突出了心外膜的作用,心外膜是一个在斑马鱼胚胎发育中得到广泛研究但在成年动物中很少受到关注的细胞层。波斯希望研究人员也能“更仔细地研究受伤的哺乳动物心脏中的心外膜,并可能研究是否可以将心外膜细胞用于治疗。”