科學家透過重新規劃小鼠的新陳代謝成功使受損心臟再生
人體中的大多數組織在受傷後都能自我再生,但不幸的是,心肌細胞卻不在其中。現在,馬克斯-普朗克研究所(Max Planck Institute)的科學家在小鼠身上發現,對這些細胞的能量代謝進行重新編程,可以讓它們在心臟病發作後再生,這將為這一常見健康殺手開闢新的療法。 心臟病發作或受到其他損傷後,心臟會用纖維疤痕組織重新修補,這有助於短期內將器官固定在一起,但這一部分不會和心肌細胞一樣跳動。隨著時間的推移,這會導致各種問題,從進一步的心臟病發作到最終的心臟衰竭。 心肌細胞與其他組織的主要區別之一在於它們的能量代謝。人體中的大多數組織透過一種稱為糖解的過程從糖中獲取能量,但心臟卻從脂肪中獲取能量,這就是所謂的脂肪酸氧化。事實證明,這可能是開啟心臟細胞再生的關鍵。這項研究的作者李翔和袁學軍說:”眾所周知,能夠再生心臟的動物物種主要使用糖和糖酵解作為心肌細胞的燃料。人類心臟在發育早期也主要使用糖酵解,但隨後轉而使用脂肪酸氧化,因為它能產生更多能量。隨著出生後能量生產的轉換,許多基因的活性發生了變化,細胞分裂活性也隨之喪失。能量產生的個別代謝物對調節基因活動的酶的活性也有重要作用。因此,我們希望透過重新規劃能量代謝來引發基因活動的變化,從而重新開啟心肌細胞的細胞分裂能力”。為了在小鼠身上驗證這個想法,研究團隊關閉了一個名為Cpt1b的基因,該基因是脂肪酸氧化的關鍵。果然,這些小鼠的心臟開始生長,細胞數量在實驗過程中幾乎翻了一番。接下來,研究人員誘發缺乏Cpt1b的小鼠心臟病發作,然後讓它們的心臟重新獲得富含氧氣的血液。這模擬了心臟病發作後接受支架治療的病人。研究小組說,幾週後,與對照組相比,試驗小鼠心臟組織的疤痕大大減少,心臟功能幾乎恢復到心臟病發作前的水平。經過仔細觀察,研究人員確定了這種效果背後的機制。關閉該基因會觸發一個級聯,有效地將心肌細胞重置為不太成熟的狀態,使它們能夠再生。當然,現階段這只是在小鼠身上進行的概念驗證,但研究小組表示,這可能是應用在人類身上的途徑。應該可以開發出阻斷Cpt1b 所產生的酵素的活性的藥物,從而模擬患者需求的效果。不過,這離臨床應用還很遙遠。其他研究發現,利用幹細胞或mRNA再生心臟也取得了成功。這項研究發表在《自然》雜誌。