研究解释了为什么成年人的心脏不能再生

根据匹兹堡大学和 UPMC 科学家的新研究，随着小鼠心脏细胞的成熟，称为核孔的通讯通路数量急剧减少。研究人员发现，虽然这可以保护器官免受破坏性信号的影响，但它也可以防止成人心脏细胞再生。

今天发表在《Developmental Cell 》杂志上的这项研究表明，心脏细胞与其环境之间的通讯平静可以保护该器官免受与高血压等压力相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。

“这篇论文解释了为什么成年心脏不会自我再生，但新生小鼠和人类心脏会，”资深作者、皮特医学院儿科教授兼心脏再生与治疗儿科研究所所长 Bernhard Kühn 说。匹兹堡医学和 UPMC 儿童医院。“这些发现是对心脏如何随着年龄的增长以及它如何进化以应对压力的基本理解的重要进展。”

虽然人体的皮肤和许多其他组织在受伤后保留了自我修复的能力，但心脏却并非如此。在人类胚胎和胎儿发育过程中，心脏细胞经历细胞分裂形成心肌。但随着心脏细胞在成年期成熟，它们会进入无法再分裂的终末状态。

为了更多地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 Yang Liu 博士、医学和生物工程副教授和副教授 Donna Stolz 合作细胞生物学和病理学副主任，生物成像中心副主任，研究核孔。围绕细胞DNA的脂质膜中的这些穿孔调节分子进出细胞核的通道。

“核膜是一个不透水的层，像高速公路上的沥青一样保护细胞核，”库恩说，他也是麦高文再生医学研究所的成员。“就像沥青中的人孔一样，核孔是让信息通过屏障进入细胞核的途径。”

Liu使用超分辨率显微镜观察并计算了小鼠心脏细胞或心肌细胞中的核孔数量。在整个发育过程中，毛孔的数量减少了 63%，从胎儿细胞中的平均 1,856 个到婴儿细胞中的 1,040 个，再到成人细胞中的 678 个。这些发现得到了 Stolz 的验证，他使用电子显微镜显示核孔密度在心脏细胞发育过程中降低。

在之前的研究中，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，对心肌细胞的再生很重要。

在这项新研究中，他们表明阻断小鼠体内Lamin b2的表达会导致核孔数量减少。核孔较少的小鼠减少了信号蛋白向细胞核的转运和基因表达减少，这表明随着年龄的增长减少通讯可能会导致心肌细胞再生能力的下降。

“这些发现表明，核孔的数量控制着进入细胞核的信息流，”库恩解释说。“随着心脏细胞的成熟和核孔的减少，进入细胞核的信息越来越少。”

为了应对高血压等压力，心肌细胞的细胞核会接收到改变基因通路的信号，从而导致心脏的结构重塑。这种重塑是心力衰竭的主要原因。

研究人员使用高血压小鼠模型来了解核孔如何促成这一重塑过程。被设计为表达较少核孔的小鼠表现出较少的参与有害心脏重塑的基因途径的调节。这些小鼠的心脏功能和存活率也比具有更多核孔的同龄人更好。

Kühn 说：“我们对高血压小鼠的核孔减少所产生的保护作用的程度感到惊讶。” “然而，较少的交流途径也会限制有益的信号，例如促进再生的信号。”

为这项研究做出贡献的其他作者包括 Lu Han, Ph.D., Jocelyn D. Mich-Basso, BS, MT, Yao Li, Ph.D., Niyatie Ammanamanchi, MS, Jianquan Xu, Ph.D., Anita P . Bargaje, BS, Honghai Liu, Ph.D., Liwen Wu, Ph.D., Jong-Hyeon Jeong, Ph.D., Jonathan Franks, MS, Yijen L. Wu, Ph.D. 和 Dhivyaa Rajasundaram, Pitt 或 UPMC 的所有博士。

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