胚胎干细胞体外分化心肌细胞的研究

胚胎干细胞是从动物胚胎内细胞团分离的具有全能性的细胞.研究证明分离的小鼠胚胎干细胞在体外可以分化成心肌细胞,这一发现为小鼠胚胎干细胞向各种特化心脏细胞(动脉样细胞、血管样细胞、窦样细胞、心室样细胞、蒲肯野氏样细胞)分化提供了依据,使基因功能的研究在体外成为可能.1998年末人类ES细胞的成功培养奠定了心脏细胞的再生性治疗的战略基础.主要综述了目前ES细胞体外分化心肌细胞的进程,讨论了此进程对心脏基因研究的促进作用.     

Islet1基因与心脏发育

心脏发育及心脏疾病干细胞的治疗要求对心脏发育过程中的控制细胞增殖及分化的相关基因的作用机制进行深入了解.Islet1基因(Isl1基因)含有6个外显子和5个内含子,定位于人类5号染色体5q11.2.该基因在基因组内约占12kb,目前所知其最长可读框(ORF)至少由5个外显子组成,编码一个由384个氨基酸组成的转录因子蛋白.最近研究发现,不同的心脏细胞可能源于同一种多能心脏祖细胞—Isl1+细胞,心脏的这一发育模式与血液细胞的形成模式非常相像.另外有研究结果显示,Isl1是与心脏发育密切相关的转录因子之一,其表达随着心脏发育成熟而逐渐下调.虽然针对Isl1基因做了较多的研究工作,但是它表达调控的具体模式及发挥功能的详细作用机制目前仍未完全清楚,本文对最近几年Isl1基因的研究进展作一综述.     

科学家找到心脏干细胞

科学家最近几年从小鼠胚胎的心脏中找到一种细胞能够表达一种名为Islet 1的蛋白质．这种蛋白质存在于胎儿心脏形成的早期阶段。最近,由美国波士顿市马萨诸塞州综合医院心血管研究中心主任Kenneth Chien领导的研究小组,在人类胎儿的心脏中发现了相同的细胞类型。     

胚胎干细胞定向分化为心肌细胞研究进展

胚胎干细胞在体外可分化为 3个胚层的所有组织细胞。诱导人类胚胎干细胞定向分化为心肌细胞可为心肌梗死、心肌坏死等重大心脏疾病患者实施细胞治疗 ,也可作为种子细胞 ,用于构建供器官移植用的人造心脏 ;进一步可研究心肌细胞发育分化的分子机理及更直观的用于体外筛选人类心血管药物等。对人类胚胎干细胞及其定向分化为心肌细胞分子机理的研究进展及其所面临的问题作一综述。     

人类心脏发育缺陷的分子机理

为了探索心脏发育的缺陷及遗传机制以及在分子水平上先天性心脏病的发生机理,概述了人类心脏发育缺陷的研究进展,包括人类心脏不对称发育、心脏发育缺陷和心脏缺陷的分子机理.     

心脏动脉极的形成

目前已发现与生心区形成心管这一过程有密切关系的关键基因和信号分子.对称的生心区后部促使心肌前体细胞形成心脏的流入区域或静脉极.最近在鸡和鼠胚胎中已经鉴定:心肌前体细胞群在咽中胚层中位于早期心管的前部.这种前部导致心脏的流出区域或动脉极处的心肌的产生.因此,脊椎动物的心脏起源于两种心肌前体细胞.这些细胞通过不同的基因程序有规律地出现.心区前部的发现对于解释突变鼠的心脏缺陷和研究人类先天性心脏病有非常重要的意义.     

利用果蝇模型研究人类心脏早期发育的分子机理

近年来,果蝇心脏转化的遗传机制已初步研究清楚,但控制人类心脏早期发育的基因尚待鉴定。因为调控果蝇和脊椎动物早期心脏细胞命运定型的途径具有保守性,果蝇是一种探讨人类心脏早期发育的分子机理的理想动物模型。为此目的,我们采用P转座子和EMS诱变技术建立了约3000个隐性致死基因平衡系。通过心脏前体细胞特异性抗体免疫组化筛选,我们选出200余个表现心脏突变表型的平衡致死系。我们进一步利用RNAi技术对一些基因的功能进行了初步的研究,证明这些基因表现RNAi的突变表型,该类突变表型与基因突变时表现的表型相似,即心管呈缺陷型或无心脏前体细胞形成。利用果蝇和人类基因组计划获得的成果,我们从果蝇心脏侯选基因中初步克隆和鉴定了50个人类同源基因,其中20个是新基因。Northen印迹分析表明,一部分人类基因在心脏组织中有表达,从而为研究这些基因在人类心脏早期发育中的作用提供了信息。目前,我们正在建立转基因果蝇,以此为模型研究这些基因是否对心肌细胞发生或心肌功能起调控作用。产生心肌细胞突变类型的基因如果类似于人类心脏病综合症,则可以作为人类心脏疾病侯选基因作进一步的分析。     

心脏干/祖细胞与心肌损伤修复

细胞移植是一种有希望的组织再生的治疗手段.多种类型的细胞已经用于动物心 肌损伤的修复中,包括胚胎干细胞、胚胎和新生动物的心肌细胞、骨骼肌成肌细胞、 骨髓干细胞、脂肪来源的干细胞、可诱导的多能干细胞等.但是,这些用于移植的细胞 存在成活率低、在心脏局部存留少、与宿主心肌细胞不能整合和免疫排斥等问题,这 些问题限制了它们的应用.心脏自身存在的干细胞因为没有其他来源细胞存在的种种 问题,因而成为备受关注的治疗心肌梗死的种子细胞.但是,心脏干/祖细胞也有自身 弊端,包括干细胞群的细胞生物学或遗传学标志没有统一,在心肌中数量极少,体外 扩增能力有限等,因而限制了心脏干/祖细胞的有效应用.如何能有效动员和促进心脏 干/祖细胞增殖,依赖于人们对心脏干/祖细胞增殖、分化、归巢的调控机制,包括心 脏干/祖细胞修复损伤心肌的分子机制的深入了解.本文将就近年来在心脏再生领域中 ,心脏干/祖细胞的研究新进展进行综述.     

利用果蝇模型研究人类心脏早期发育的分子机理(英文)

近年来 ,果蝇心脏特化的遗传机制已初步研究清楚 ,但控制人类心脏早期发育的基因尚待鉴定。因为调控果蝇和脊椎动物早期心脏细胞命运定型的途径具有保守性 ,果蝇是一种探讨人类心脏早期发育的分子机理的理想动物模式。为此目的 ,我们采用P转座子和EMS诱变技术建立了约 3 0 0 0个隐性致死基因平衡系。通过心脏前体细胞特异性抗体免疫组化筛选 ,我们检出 2 0 0余个表现心脏突变表型的平衡致死系。我们进一步利用RNAi技术对一些基因的功能进行了初步的研究 ,证明这些基因表现RNAi的突变表型 ,该类突变表型与基因突变时表现的表型相似 ,即心管呈缺陷型或无心脏前体细胞形成。利用果蝇和人类基因组计划获得的成果 ,我们从果蝇心脏侯选基因中初步克隆和鉴定了 5 0个人类同源基因 ,其中 2 0个是新基因。Northen印迹分析表明 ,一部分人类基因在心脏组织中有表达 ,从而为研究这些基因在人类心脏早期发育中的作用提供了信息。目前 ,我们正在建立转基因果蝇 ,以此为模型研究这些基因是否对心肌细胞发生或心肌功能起调控作用。产生心肌细胞突变类型的基因如果类似于人类心脏病综合症 ,则可以作为人类心脏疾病侯选基因作进一步的分析。     

心脏发育中的细胞凋亡

重点讨论了心脏发育过程中主要的细胞凋亡以及信号串级联,这些信号串往往伴随着有序的形态学上的事件.细胞凋亡主要发生在胚胎心脏中非心肌的隔室中,其隔室由心内膜、心外膜和神经嵴衍生的细胞组成.这些信号的级联包含了潜在生长转化因子的激活,导致心肌细胞的迁移以及随后的心内膜垫的心肌化.错误的细胞凋亡将导致心脏发育的异常.     

心脏的起源和细胞谱系

心脏是器官发生过程中最早形成的结构之一.心脏的原基分布图和心脏细胞谱系是心脏起源和形态发生研究的主要方面.总结了近几年来以鸡和小鼠为模型,在心脏发生和心脏前体细胞定位方面的研究情况.     

再生过程中心肌细胞去分化和增殖的研究进展

心肌梗死严重威胁人类生命健康。损伤的成体哺乳动物心脏无法进行再生,最终导致心力衰竭。多种临床治疗手段可以缓解心肌梗死症状,但无法修复死亡的心肌细胞。斑马鱼等低等脊椎动物以及一些新生哺乳动物心脏受到损伤后可以再生。研究心脏再生的细胞和分子机制可为成体心脏损伤修复提供理论基础。越来越多的研究表明,心脏损伤后心肌细胞的修复依赖于心肌细胞的去分化和增殖。该文简单概述心脏再生过程中心肌细胞的来源以及心肌细胞去分化和增殖的分子机制。     

间充质干细胞源性外泌体microRNA在心脏缺血性损伤修复中的研究进展

心脏缺血性损伤是危害人类健康的重要原因,过去的干细胞疗法具有重要的功能缺陷,如免疫排斥、致瘤性和输注毒性等问题。大量研究表明,间充质干细胞的主要治疗作用是由旁分泌因子所介导。最新研究发现,间充质干细胞来源的外泌体microRNA从移植的干细胞转移至缺血损伤的心脏细胞,调节细胞的增殖、凋亡、炎症和血管生成。本文对来源于间充质干细胞的外泌体及其内部microRNA在心脏缺血性损伤修复中的分子机制进行综述。     

心肌细胞增殖与再生的研究进展

由心肌梗死引起的缺血性心肌病已成为威胁人类健康的重大疾病。与成年哺乳动物不同,一些鱼类、两栖类和新生的哺乳动物的心肌细胞在心脏损伤后具有增殖能力,可以实现心脏的完美再生,为基于心肌细胞增殖的心脏再生与修复提供了新技术和新思路。该文简单概述心脏再生动物模型的建立、心肌再生修复的细胞生物学过程以及近年来发现的调控心肌细胞增殖的关键因子,并且总结了未来心肌细胞增殖及心脏再生领域的研究方向,为心脏再生医学的基础理论和临床转化研究提供创新的思路。     

基于能量融合积分模型的心脏生理物理活动研究

为了更深入地了解目前靠生理实验及临床手段无法洞察的心脏三维空间的电生理运行机制,分析和表现心脏复杂的电生理活动,从而揭示心脏的生理物理特性,本研究通过人类心肌细胞的动作电位传导数学模型,结合基于心脏解剖数据所建立的真实心脏组织结构的三维空间模型,构建出精细的心脏生物物理融合模型,并将心脏在三维空间中的生物物理活动表现出来.实验结果表明,基于心脏动作电位传导的融合模型,不同时刻的动作电位传导在非匀质性组织内的三维空间中的传播位置、空间关系以及生物物理过程被清晰地显示出来,心脏研究人员从而能够以视觉感知的方式认识和深入理解人类心脏电生物物理系统的功能机制,并有助于进一步推测心脏的生理和病理反应.     

噪声引起心脏细胞DNA损伤

暴露于连续不断的噪声中可刺激整个心脏组织的自由基产生 ,在噪声消退后 ,噪声对心脏细胞DNA的伤害持续存在 .该项动物研究中的新发现进一步证明了过度的噪声对心脏不利 ,但也有科学家提示噪声对心脏产生的变化要低于身体局部对压力和紧张的产生的一般的反应 .过去 2 0多年来的研究提示 ,听见令人烦恼的、过度的噪声会引起或加重高血压 ,并提高心血管病的死亡率 .研究者最近报道 ,噪声污染可损害细胞产生能量的结构 ,即线粒体 .听觉系统听到的噪声可引起血中去甲肾上腺素浓度急骤升高 ,去甲肾上腺素可刺激心脏细胞吸收过多的钙 ,而这可削…     

人类胚胎干细胞外源基因转染方法及其应用进展

1998年,Thomson等成功分离出了人类胚胎干细胞(embryonic stem cell,ES)系为研究再生医学和人类早期发育开辟了一个新领域.通过转染人类ES细胞进行遗传操作(genetic manipulation)可以帮助我们更好地理解人类Es细胞的生物学特性,同时为研究人类ES细胞在细胞及基因治疗中潜在的治疗用途提供了基础.本文综述了人类ES细胞外源基因转染方法及其应用的进展.     

解偶联蛋白在肥胖导致的心力衰竭中的作用

肥胖、代谢综合症、Ⅱ型糖尿病等代谢系统疾病,经常导致线粒体呼吸复合物中活性氧(ROS)生成增加,进而导致脂肪在心肌细胞、脂肪细胞、骨骼肌、肝细胞中积累。动物实验表明,在心肌细胞中,脂质积累会产生脂毒性,从而进一步导致细胞凋亡、心脏衰竭。因此,心肌细胞等通过高表达解偶联蛋白(UCP)来进行抗氧化应激和脂毒性适应。在肥胖的啮齿类动物和人类心脏中,UCP2和UCP3通过下调细胞程序死亡,使心肌细胞免于死亡以致心力衰竭。UCP激活后通过减少ROS的生成和细胞凋亡,影响细胞色素c和促凋亡蛋白的释放。本综述简要总结了UCP如何通过抗ROS生成及维持生物能量代谢平衡来起到保护心肌细胞、保护心脏的作用。     

hLBH的转录活性及其在MAPK信号转导途径中的作用

hLBH是一个人类心脏发育相关的候选基因,研究了hLBH的转录活性及其在MAPK信号途径中的作用.荧光素酶检测实验表明hLBH是一个转录激活因子.基因结构分段实验证明hLBH的两个模体在调节转录激活中起着重要的作用.将hLBH蛋白分别与SRE和AP-1共转染之后激活了SRE和AP-1的活性.这些结果表明hLBH可能通过MAPK信号途径来介导细胞功能.     

诱导心脏发生的早期信号通路

心脏是胚胎发生过程中最早形成的器官 .心脏前体的特化是组织间及细胞与细胞之间相互作用的结果 ,这一过程包含了诱导信号作用的时间和空间完整程序 .以脊椎动物和无脊椎动物作为模式动物 ,总结了在早期心脏发生中发挥重要作用的诱导信号通路 :BMP Dpp ,Wnt Wingless ,FGF及Notch信号通路 ,并阐述了信号通路之间的通讯 (crosstalk)以及信号通路与心脏发生相关的关键转录调节因子之间的协同诱导作用 .