心脏生长与心脏再生的研究进展

在哺乳动物心脏发育过程中,胚胎期心脏主要是由祖细胞分化以及心肌细胞增殖形成的,而出生后心脏主要通过心肌细胞体积增大而生长。出生后的新生小鼠心脏具有短暂的再生窗口期,在此期间,心脏因损伤丢失的心肌细胞可由原先已经存在的心肌细胞去分化增殖分裂而弥补。但窗口期过后,随着心脏体积的不断增大,心脏的再生能力减弱,丢失的心肌细胞不能通过原先的心肌细胞增殖分裂弥补,导致损伤部位形成丧失功能的不可逆的纤维化疤痕。目前,在心脏再生研究中,大量研究关注于新生小鼠出生第1天到第7天或者成年期的心脏中相关调控因子的表达情况,即该因子在心脏再生窗口期前后的表达变化。若目标因子在心脏再生窗口期前后发生变化,则提示该因子与心脏再生存在相关性。此外,在心脏发育过程中,对出生前心肌细胞增殖起显著作用,并在出生后表达显著改变的因子也可能在重启心肌细胞增殖、促进心脏再生中扮演重要角色。基于目前主要来自小鼠模型的实验证据,本文主要综述了心脏发育生长及再生情况,以及近年来研究报道的导致心脏再生能力不同的心脏生长发育过程相关的分子机制与信号转导上的内源因素差异。     

果蝇心脏发育基因调控的研究进展

果蝇心脏的发育是一个受到一系列基因共同调控的复杂过程,这些基因在脊椎动物和无脊椎动物果蝇中具有惊人的相似性,对于它们功能的研究将有助于揭示人类心脏发育的过程及分子控制机理.通过将果蝇作为一种重要的模式动物,对心脏发育基因调控的研究进展作一综述.     

心脏发育的基因调控

心脏发育是一个复杂的过程.在脊椎动物和无脊椎动物果蝇中驱动早期心脏分化的基因具有惊人的相似性.以果蝇、斑马鱼、小鼠等作为模式动物,以心脏的发育过程为主线,探讨了心脏发育的基因调控的研究进展.     

控制果蝇心脏早期发育的基因研究进展

果蝇心脏早期发育与脊椎动物乃至人具有相似的分子机理,自90年代以来,通过P转位子诱变方法已鉴定出20多个与果蝇早期发育相关基因,这为揭示人体心脏发育的基因调控机理提供了重要的依据。     

斑马鱼心脏再生的研究

人类心脏损伤后不可再生,使得心脏疾病成为威胁人类生命的主要疾病之一。斑马鱼等其他非哺乳动物类脊椎动物的心脏在受损伤后可以再生,再加上其遗传操作已十分成熟,使其成为研究脊椎动物心脏再生的一个极好模型。本文总结了国内外关于斑马鱼心脏再生的最新进展、并分析了心脏再生特异的分子机制以及涉及再生现象的保守机制,进一步提出了这些研究对于人类心脏疾病的治疗的可借鉴之处。     

小鼠心脏发育的形态学研究

目的建立小鼠心脏正常发育的时间表以及对应的形态学特征模式.方法小鼠胚胎ED8.5、ED9.5、ED10.5、ED11.5、ED12.5、ED14.5、ED16.5、ED18.5和P1(postnatal day)(出生后1 d的仔鼠)标本,进行整体或心脏部位不同轴向切片,HE染色,采用PCTV图像分析系统,对各时相小鼠心脏形态发育特征进行研究.结果 ⑴细胞结构发育的时空模式:① ED8.5时,生心板形成;ED9.5时,心肌细胞呈不规则的纺锤形,细胞的大小多样化,细胞核小;ED10.5时,小血管和着色较浅的肌原纤维出现,细胞之间连接较松;ED11.5时,心肌纤维排列较紧,纵断面上呈细长形,横断面上呈不规则多角形;ED12.5时,细胞核着色更清晰,心肌细胞形状逐渐规则,细胞之间紧密连接,同时闰盘结构出现在心室心肌细胞.②ED12.5时心肌小梁结构第一次在心室出现,ED14.5时增厚,而在心房少见心肌小梁.⑵心室结构的形成和心脏发育的成熟:①心肌间充质网络结构在ED10.5的心室中明显呈现,随着它的发育,心室的心内膜在ED11.5出现,心室心外膜可以辨认.②房室隔在ED12.5完全形成,心内膜垫在ED12.5开始发生并快速发育,促进室间隔在ED14.5完全形成.③心包膜在ED16.5可明显辨认,心包膜腔形成,此时近段流出道心内膜垫完全心肌细胞替换.结论肌原纤维细胞和心肌间充质细胞同时在ED10.5出现,提示肌原纤维对心肌细胞的成型和心肌化起作用.细胞的结构变化和心肌层的成熟过程,显示小鼠心脏部位成熟时间的不同,心室成熟相对较晚.     

心脏早期发育的基因控制

果蝇和脊椎动物的心脏发育在早期具有惊人的相似性,两似从两侧心肌中胚层分化出心脏前体细胞,再在胚肿的中部形成一个管状结构,有研究结果表明,果蝇心脏发育基因控制模型是代替人体心脏发育研究的一个理想模式。     

Notch信号与心脏干细胞关系的研究进展

Notch信号是广泛存在于各种动物细胞中高度保守的信号途径,在干细胞生物学功能中发挥重要作用。心脏干细胞（cardiac stem cells,CSCs）是存在于心脏特殊微环境下的多潜能干细胞,其表面存在Notch受体,而与其相邻的细胞可表达Notch配体,提示心脏干细胞中的Notch信号在某些条件下可被活化。该文从Notch信号通路的组成和激活、CSCs的界定与来源、CSCs主要类型的一般生物学特征及Notch信号通路与CSCs形成、分化和增殖的关系等方面进行综述,并展望了基于CSCs在心肌再生相关转化医学研究中的前景。     

影响果蝇心脏发育的基因突变

最近的研究表明,果蝇与脊椎动物及人的心脏早期发育具有极为相似的基因控制机理,果蝇已成为研究人体心脏早期发育基因控制的理想模式动物。利用化学诱变剂甲磺酸乙酯大规模地诱变影响果蝇心脏发育的基因,利用心脏特异性抗体染色进行筛选,获得了112个有心脏突变表型的致死系,其中32个致死系的心脏畸变表型有别于目前已知心脏发育基因的突变表型。细胞遗传学定位研究表明在多线染色体的13个带纹区的某些隐性致死突变基因是目前未知的,其功能可能与发育有关的基因。     

Growth plasticity of the embryonic and fetal heart

The developing mammalian heart responds to a variety of conditions, including changes in nutrient availability, blood oxygenation, hemodynamics, or tissue homeostasis, with impressive growth plasticity. This ensures the formation of a functional and normal sized organ by birth. During embryonic and fetal development the heart is exposed to various physiological and potentially pathological changes in the intrauterine environment which dramatically impact on normal cardiac function, tissue composition, and morphology. This paper summarizes the mechanisms employed by the embryonic and fetal heart to adapt to various intrauterine challenges to prevent or minimize postnatal consequences of impaired cardiac development. Future investigations of this growth plasticity might lead to new therapeutic strategies for the prevention of cardiac disease in postnatal life.     

A New Coronary Retroinfusion Technique in theRat Infarct Model: Transjugular Cardiac Vein Catheterization

Cell delivery via the retrograde coronary route boasts less vessel embolism, myocardial injury, and arrhythmogenicity when compared with those via antegrade coronary administration or myocardial injection. However, conventional insertion into the coronary sinus and consequent bleeding complication prevent its application in small animals. To overcome the complication of bleeding, we described a modified coronary retroinfusion technique via the jugular vein route in rats with myocardial infarction (MI). A flexible wire with a bent end was inserted into the left internal jugular vein and advanced slowly along the left superior vena cava. Under direct vision, the wire was run into the left cardiac vein by rotating the wire and changing the position of its tip. A fine tube was then advanced along the wire to the left cardiac vein. This modified technique showed less lethal hemorrhage than the conventional technique. Retroinfusion via transjugular catheter enabled efficient fluid or cell dissemination to the majority areas of the free wall of the left ventricle, covering the infarcted anterior wall. In conclusion, transjugular cardiac vein catheterization may make retrocoronary infusion a more safe and practical route for delivering cell, drug, and gene therapy into the infarcted myocardium of rats.     

Effects of cannabinoid receptor type 2 on endogenous myocardial regeneration by activating cardiac progenitor cells in mouse infarcted heart

Cannabinoid receptor type 2(CB2)activation is recently reported to promote proliferation of some types of resident stem cells(e.g.,hematopoietic stem/progenitor cell or neural progenitor cell).Resident cardiac progenitor cell(CPC)activation and proliferation are crucial for endogenous cardiac regeneration and cardiac repair after myocardial infarction(MI).This study aims to explore the role and possible mechanisms of CB2receptor activation in enhancing myocardial repair.Our results revealed that CB2receptor agonist AM1241 can significantly increase CPCs by c-kit and Runx1 staining in ischemic myocardium as well as improve cardiomyocyte proliferation.AM1241 also decreased serum levels of MDA,TNF-αand IL-6 after MI.In addition,AM1241 can ameliorate left ventricular ejection fraction and fractional shortening,and reduce fibrosis.Moreover,AM1241 treatment markedly increased p-Akt and HO-1 expression,and promoted Nrf-2 nuclear translocation.However,PI3K inhibitor wortmannin eliminated these cardioprotective roles of AM1241.In conclusion,AM1241 could induce myocardial regeneration and improve cardiac function,which might be associated with PI3K/Akt/Nrf2 signaling pathway activation.Our findings may provide a promising strategy for cardiac endogenous regeneration after MI.