隨著小鼠心臟細胞的成熟，被稱為核孔的通信途徑的數量急劇減少。儘管這可能會保護器官免受破壞性信號的影響，但它也可能會阻止成人心臟細胞的再生。這是匹茲堡大學和匹茲堡大學醫學院（UPMC）的科學家進行的新研究的結果。

該研究表明，使心臟細胞與環境之間的交流安靜下來，可以保護這個器官免受與高血壓等壓力有關的有害信號的影響，但代價是阻止心臟細胞接收促進再生的信號。這項研究今天（10月24日）發表在《發育細胞》雜誌上。

高級作者Bernhard Kühn醫學博士說：”這篇論文提供了一個解釋，為什麼成年人的心臟不能自我再生，而新生的小鼠和人類的心臟卻能再生，這些發現是對心臟如何隨年齡發展以及如何進化以應對壓力的基本理解的一個重要進展。 “Kühn是匹茲堡醫學院和匹茲堡UPMC兒童醫院的小兒科教授和小兒心臟再生與治療研究所主任。

胎兒（左）和嬰兒（右）囓齒動物心臟細胞核的電子顯微鏡圖像。隨著心臟細胞的發育，核孔的數量減少了。

雖然皮膚和人體的許多其他組織在受傷後保持著自我修復的能力，但心臟卻不是這樣的。在人類胚胎和胎兒發育期間，心臟細胞經歷了細胞分裂，形成了心肌。但隨著心臟細胞在成年後的成熟，它們會進入一個終結狀態，不能再進行分裂。

為了進一步了解心臟細胞如何以及為什麼會隨著年齡的增長而變化，Kühn與皮特大學的研究人員和生物醫學成像專家劉洋博士（醫學和生物工程副教授）和唐娜-斯托爾茨博士（細胞生物學和病理學副教授以及生物成像中心副主任）合作，研究了核孔問題。圍繞細胞DNA的脂質膜上的這些孔洞調節著分子進出細胞核的通道。

Kühn說：”核包膜是一個不透氣的層，像高速公路上的瀝青一樣保護著細胞核，就像這瀝青中的沙井一樣，核孔是允許信息通過屏障並進入細胞核的途徑。”

利用超分辨率顯微鏡，劉對小鼠心臟細胞或心肌細胞中的核孔數量進行了可視化和計數。核孔的數量在整個發育過程中減少了63%，從胎兒細胞的平均1856個到嬰兒細胞的1040個，再到成年細胞的僅678個。這些發現得到了斯托爾茨的驗證，他用電子顯微鏡顯示，核孔密度在整個心臟細胞發育過程中出現了下降的現象。

在以前的研究中，Kühn和他的團隊表明，一種名為Lamin b2的基因在新生小鼠中高度表達，但隨著年齡的增長而下降，它對心肌細胞的再生很重要。

新的研究顯示，阻斷小鼠Lamin b2的表達會導致核孔數量減少。具有較少核孔的小鼠向細胞核運輸信號蛋白的能力減弱，基因表達減少，這表明隨著年齡的增長，交流減少可能會推動心肌細胞再生能力的下降。

Kühn解釋說：”這些發現表明，核孔的數量控制著進入細胞核的信息流，隨著心臟細胞的成熟和核孔的減少，進入細胞核的信息就會減少。”

在應對高血壓等壓力時，心肌細胞的細胞核會收到修改基因途徑的信號，從而導致心臟的結構重塑。這種重塑是心力衰竭的一個主要原因。

研究人員使用高血壓的小鼠模型來了解核孔如何對這種重塑過程做出貢獻。被設計為表達較少核孔的小鼠顯示出參與有害的心臟重塑的基因途徑的調節較少。這些小鼠的心臟功能和存活率也比擁有更多核孔的同齡人好。

Kühn說：”我們對在高血壓小鼠中擁有較少核孔的保護作用的規模感到驚訝。”然而，擁有較少的通信途徑也限制了有益的信號，如那些促進再生的信號。”