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参与心脏发育的蛋白质可促进干细胞心脏修复 |天普科学家新发现


随着年龄的增长,人的心脏在受伤后逐渐失去自我修复能力。心脏缺血和心脏病发作等损伤造成的损害与心脏中的氧含量降低有关,可导致心脏功能低于正常,使患者难以进行日常活动。


为了加强在缺血性损伤后的心脏修复,研究人员已转向干细胞疗法,用新的有功能性得组织替代死亡的心脏组织。然而,在大多数情况下,只有不到 1% 的干细胞在移植到心脏后存活下来,这主要是由于细胞无法在缺血的环境应对代谢需求。


现在一项新研究中,天普大学刘易斯卡茨医学院的科学家表明,至少在小鼠实验中,通过将 LIN28(一种通常在发育中的心脏中存在的蛋白质)重新引入成人心脏组织的干细胞,可以克服这一障碍。LIN28 使成人心脏干细胞的代谢更加灵活,大大提高了它们的生存机会。


“LIN28 在发育的心脏中非常活跃,但在成人心脏中则不然,” Mohsin Khan 博士解释说,刘易斯卡茨医学院心血管研究中心心血管科学助理教授、这项新研究的高级研究员。“我们发现,当我们在来自成年心脏组织的心脏干细胞中引入 LIN28 时,成年细胞被重新编程,使其具有年轻的、发育中的心脏细胞的代谢特征。这个过程本质就像反老化。”


这项新发现在线发表于《氧化还原生物学》杂志

胎心特别适合在低氧条件下工作。然而,在出生后,这种低氧耐受性就会消失,到了成年期,心脏对氧气供应量的减少极为敏感。细胞代谢的变化是这种转变的根本原因。最近的研究表明,心脏中的这些代谢差异有助于确定移植后干细胞的存活率。


在这项新研究中,Khan 博士及其同事希望了解在发育心脏中表现出的代谢调节剂是否可以将某种代谢灵活性赋予心脏组织衍生的干细胞样细胞 (cardiac tissue-derived stem-like cells - CTSCs)。CTSCs 存在于新生儿和成人心脏组织中,但仅在发育中的心脏体现 LIN28。在成人心脏组织中,CTSCs 具有再生潜力,通常处于休眠状态。


该团队首先在体外对成年小鼠 CTSCs 重新引入 LIN28 ,并分析对参与细胞代谢、生长和再生的信号通路的影响。他们发现 LIN28 产生了强大的再生反应,修改 CTSCs 以促进生长和存活以响应氧化应激。研究人员将这些改变与 Let7/PDK1 信号通路联系起来,该通路已知可调节细胞中的有氧代谢。将体现 LIN28 的 CTSCs 移植到心脏病发作小鼠的心脏中,显着改善了其心脏结构和功能。这些影响是通过相同的途径介导的体外评估识别的。


“LIN28 改变了 CTSCs 中的能量产生,导致许多有利于心脏细胞存活的因子分泌,”Khan 博士解释,“总的来说,细胞呈现出更年轻的表型。”


Khan 博士接下来计划进行更大的动物试验,以确定心脏干细胞是否可以被 LIN28 重新编程。“这些研究可能对我们如何对人类心脏病进行干细胞疗法具有重要意义,”他说。


为该研究做出贡献的其他研究人员包括 Antonia Elizabeth Yuko、Vagner Oliveira Carvalho Rigaud、Justin Kurian、Ji H. Lee、Nicole Kasatkin、Michael Behanan 和 Hong Wang,刘易斯卡茨医学院代谢疾病研究中心;Tao Wang,刘易斯卡茨医学院心血管研究所;Anna Maria Luchesse,刘易斯卡茨医学院转化医学中心;Sadia Mohsin,刘易斯卡茨医学院心血管研究所和药理学系;和 Walter J. Koch,Lewis Katz 医学院转化医学中心。该研究部分得到了美国国立卫生研究院和 W.W.史密斯慈善信托的资助。





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