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。     

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。     

编者按

<正>组织器官再生是指由于生理或病理原因导致生物体组织器官损伤后,在损伤部位又生长出与原有组织具有相同形态和功能的结构的过程。再生在低等动物中比较常见,蝾螈等能够再生出整个前肢,甚至是几乎整个个体。但动物界内不同物种的组织器官的再生能力具有明显的差异。以心脏再生为例,脊椎动物如斑马鱼具有一定的心脏再生能力;哺乳动物小鼠等出生7天前心脏具有再生能力,而7天后心脏再生能力丧失;     

心肌细胞增殖影响因素和评价方法

大量心肌细胞丢失是心肌梗死后进展为心力衰竭和临床死亡的主要原因.近年来的研究证明,成年哺乳动物心肌具有一定的再生能力,但该能力十分有限而不足以修复受损的心脏组织,因此促进内源性心肌再生是未来治疗心肌梗死的重要方向.原有心肌细胞的增殖是内源性心肌再生的主要来源,因而探索心肌细胞增殖的调控机制,寻找促进心肌细胞增殖的干预措施成为心肌再生研究领域的热点,并取得显著进展.同时,成年心肌细胞具有可多倍体化、多核化但难以胞质分裂等特点,导致评估心肌增殖的方法成为难题,精确量化心肌增殖的各种模型和体系不断被开发.本文回顾总结了心肌再生的基本方式、心肌细胞增殖影响因素和评估方法,探讨了当前内源性心肌再生研究领域的进展和挑战.     

心肌再生相关分子的调控机制

心脏是脊椎动物的中心器官,其适当大小及功能在整个生命周期都是至关重要的。由于心肌损伤造成的心肌梗死、心力衰竭等疾病在全世界范围内的发病率和死亡率逐年上升,目前依然没有找到好的治疗方法。已经发现在新生哺乳动物以及低等脊椎动物中存在多种进化保守的心脏再生机制,然而不幸的是,成年哺乳动物的心脏再生能力极其有限。近年来人们对心肌再生的研究越来越多,有证据表明成年哺乳动物可以产生新的心肌细胞。了解心脏再生的能力,并且掌握其中的原理是心血管方向研究的重要目标。本文主要综述了心肌再生相关分子及信号通路,如转录因子GATA4、微小RNA(microRNA)、Hippo信号通路、ERBB2和Notch通路以及一些炎症因子等发挥的调控作用及其机制。     

人肿瘤坏死因子相关弱凋亡诱导因子可促进心肌细胞增殖

哺乳动物的心肌细胞在出生后几周内停止增殖,这提示心脏在受损伤后很难再生。但是,新近的研究发现,诱导心肌细胞增殖可以促进哺乳动物心脏的再生。人肿瘤坏死因子相关弱凋亡诱导因子(TNF-related     

Yap在哺乳动物内脏器官再生中的研究进展

心脏、肺脏和肝脏等内脏器官的损伤和疾病严重危害人类健康。遗憾的是,哺乳动物包括人类的不同器官间的修复再生能力有一定差异,其心脏基本没有任何再生能力,肺脏损伤后可以进行补偿性生长,而肝脏损伤后肝脏/体重值可基本恢复到损伤前的正常水平。在模式动物中研究心脏、肺脏和肝脏等内脏器官的修复和再生过程的分子机理,对临床治疗相关疾病具有重要的指导意义。研究发现,Hippo通路的核心转录调控分子Yap对细胞增殖和分化具有重要的调控作用,并能感受和响应损伤后各种微环境的变化,启动并参与了多个器官的再生过程。该文主要介绍了Yap因子在心脏、肺脏和肝脏再生过程中的作用及其调控机制。     

培养于生物降解支架膜内的胚胎干细胞可修复小鼠的梗塞心肌

我们以往的研究表明,直接在心肌梗塞（myocardial infarction,MI）动物的心脏缺血区注射胚胎干细胞（embryonic stemceils,ESCs）可以提高其心肌功能,干细胞组织工程学可以使组织再生、修复。本研究旨在观察将ESCs接种到生物降解膜内并移植到梗塞部位的效果。通过结扎小鼠左冠状动脉制作MI模型,将培养3d的带有小鼠ESCs的聚羟基乙酸膜（polyglycolicacid,PGA）移植到心肌缺血及边缘区表面。实验小鼠分成4组：假手术组、MI组、MI＋PGA组、MI＋ESC组,移植操作8周后检测血流动力学和心肌功能。MI组的血压和左心室功能显著降低。与MI组和MI＋PGA组相比,MI＋ESC组的血压和心室功能显著改善,存活率也显著增高,在梗塞区检测到GFP阳性组织,表明ESCs存活,并可能有心肌再生。以上结果表明,移植生物降解膜内的ESCs可修复小鼠梗塞区心肌细胞并提高心脏功能。将ESCs和生物降解材料联合运用可能为修复受损心脏提供一个新的治疗方法。     

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。     

非编码RNAs在心肌细胞增殖与心脏再生中的作用

心肌梗死以高发病率、高致死率的特点严重影响人类健康,并造成了极大的社会经济负担。促进心肌细胞增殖与再生是修复缺血导致的心脏损伤的关键。越来越多的研究表明,非编码RNAs参与调控心肌细胞的增殖与再生。该文总结了小RNAs(microRNAs,miRNAs)、长链非编码RNAs(long non-coding RNAs,lncRNAs)以及环状RNAs(circular RNAs,circRNAs)参与调控心肌细胞增殖与再生、修复损伤心脏及其相关的分子机制。此外,该文还展望了非编码RNAs促进心肌细胞增殖的潜在治疗作用以及心脏损伤后应用RNA治疗进行再生修复的前景。     

Notch与相关调控信号的相互作用在伤口愈合中的调控

皮肤是哺乳动物最重要的组织之一.当皮肤受损时,受损组织通过系列伤口愈合反应的生理和心理作用被修复,实现组织再生.再生反应主要发生在胚胎发育早期,伤口自愈能力随着机体的成熟而减弱;并且哺乳动物的组织重塑过程较为复杂,在不正确的信号引导下,可能引起并发症而导致创面愈合异常.研究表明,伤口微环境的稳态和信号分子的辅助作用是愈...     

羧甲基壳聚糖促进小鼠皮肤毛囊再生修复的组织形态学研究

目的:观察羧甲基壳聚糖(CMC)促进小鼠皮肤毛囊再生修复的组织形态学结构变化,并与新生小鼠皮肤毛囊的组织形态学结构对比。方法:通过切除皮肤组织建立小鼠背部皮肤组织全层缺损模型,随机分为4组:CMC组、清得佳组、生理盐水组与空白对照组,除空白对照组外其余3组每天分别连续给药,第21天处死;为评估造模后小鼠皮肤毛囊组织的再生修复程度,另取新生小鼠36只,每日处死3只;应用Image J技术观察并测量各组小鼠皮肤组织创面修复率;HE染色后光镜下观察新生小鼠皮肤组织厚度、毛囊及"腺泡样"结构数量;对比分析各组小鼠模型第21天和新生小鼠皮肤毛囊的组织形态学结构。结果:第3天和17天各组小鼠模型皮肤创面再生修复率:CMC组为33.07±9.52%和96.75±2.11%,清得佳组为24.18±6.14%和92.22±0.62%,生理盐水组为21.06±11.59%和87.38±2.79%,空白对照组为8.66±2.27%和85.15±1.34%;采用线性模型重复度量方差分析法,对CMC组与清得佳组、生理盐水组和空白对照组小鼠皮肤创面第17天再生修复率比较存在显著性差异(F=11.970,17.666,8.828,P0.05)。新生小鼠皮肤厚度、毛囊及"腺泡样"结构数量随小鼠日龄增长而增加(r=0.983,0.922,P0.05)。与新生小鼠皮肤毛囊的组织形态学结构相比,第21天CMC组、清得佳组、生理盐水组及空白对照组小鼠模型皮肤组织再生修复程度分别相当于新生小鼠皮肤毛囊发育后期、中期、初期及瘢痕组织。结论:CMC具有促进皮肤毛囊组织形态学结构再生修复的重要作用。     

利用CRISPR/Cas9技术构建CreERT2定点敲入Isl1基因小鼠模型及分析

心肌祖细胞增殖和分化是心脏损伤后修复再生的基础,而Isl1被认为是心肌祖细胞的特异性标志。为了研究以及示踪Isl1+心肌祖细胞及其分化后代,该文尝试利用成簇规律间隔短回文重复序列CRISPR/Cas9系统,将Cre ERT2定点插入到小鼠Isl1内源基因启动子之后,建立了Cre ERT2基因敲入小鼠模型。通过与Rosa26-lox P-neo-lox P-lac Z小鼠(Rosa26-lac Z+)交配,获得Isl1-Cre ERT(KI)/Rosa26-lac Z+双杂合小鼠。经过基因型鉴定、组织表达谱测定和X-gal染色、冰冻切片和石蜡切片等方法,确认基因敲入小鼠的Cre ERT2表达在成年小鼠心脏窦房结、心脏神经节、主动脉弓和肺动脉根部,与文献报道的Isl1表达部位相同。该研究建立的模型可为研究心肌祖细胞的增殖和谱系示踪提供重要的模型。     

心脏修复的新方法

美国加州大学格拉德斯通心血管疾病研究所通过对成纤维细胞进行重新编程,直接变成心肌细胞的新方法来修复受损的心脏。现已将老鼠心脏内的成纤维细胞直接变成心肌细胞。此法一旦在人体试验中获得成功,再生的心肌组织将可用以修复因自然衰老和心搏停止导致的损伤,同时还可避免干细胞疗法的安全隐患。     

心脏修复的新方法

美国加州大学格拉德斯通心血管疾病研究所通过对成纤维细胞进行重新编程,直接变成心肌细胞的新方法来修复受损的心脏。现已将老鼠心脏内的成纤维细胞直接变成心肌细胞。此法一旦在人体试验中获得成功,再生的心肌组织将可用以修复因自然衰老和心搏停止导致的损伤,同时还可避免干细胞疗法的安全隐患。     

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.     

名刊浏览

新生小鼠心脏短暂的再生潜力 研究人员报道说，在一个短暂的时段中，新生小鼠的心脏可在受到损伤之后自我重建。尽管这种再生的能力会在几天之后就消失，但这些发现提示，人类心脏也可能有着比原先所认为的更大的自我再生的潜力。     

VEGF诱导血管新生的新通路

缺血后血管新生是缺血组织血流再灌和损伤修复的关键环节。血管新生是一个涉及内皮细胞增殖、迁移和成管的复杂过程,需要多种生长因子和信号通路的参与,其中最重要的信号分子之一就是VEGF。最近,北京大学学者的研究提示,Grb-2相关接合子1(Gab1)在缺血和VEGF诱导的血管新生过程中起重要作用。这为完善血管新生的细胞内信号通路提供了新的证据。研究者发现,内皮细胞特异性敲除Gab1(EGKO)小鼠表现出肢体缺血后血管新生严重受损。分离EGKO小鼠内皮细胞体外培养同样发现,较对照组小鼠而言,基因敲除小鼠内皮细胞对VEGF诱导成管的敏感性降低,Matrigel plug assay和aorticrings assay得到一致结果。以上结果说明EGKO小鼠血管新生能力受损。研究者进一步探究其分子机制,发现在Gab1缺失     

MicroRNAs对心脏发育与再生的调控作用

MicroRNAs(miRNAs)是一类非编码小分子RNA,参与调控基因表达,也是心脏发育的重要调控者。人类发育成熟的心脏损伤后再生能力有限,并且损伤的心肌由大量增殖的成纤维细胞替代,导致心脏结构和功能的不可逆损伤。研究发现,miRNAs参与胚胎干细胞、心脏祖细胞以及成纤维细胞的增殖与分化,可促进受损心脏再生。现就miRNAs调控胚胎干细胞、心脏祖细胞和成纤维细胞介导的心脏再生作用及其潜在治疗前景进行综述。     

胚胎干细胞的心脏应用

心肌梗死期间死亡的心肌细胞将由没有收缩功能的疤痕组织替代,因而极可能引起心力衰竭。对治疗心衰来说,修复死亡或损伤的心肌以及改善心功能仍面临着极大挑战。干细胞移植已在近年来的实验中用于修复损失的心肌。本文总结了近期在心肌损伤动物中实施胚胎干细胞移植的实验结果,并着重介绍对这类特定细胞的研究进展。胚胎干细胞取源于早期哺乳类胚胎的胚芽细胞,属于多功能干细胞。这类细胞具有长期增殖而不分化的能力,或台色够在培养过程中分化成包括心肌细胞在内的所有特殊体细胞。由于胚胎干细胞具有极大的增殖和分化为成熟组织的能力,它们可能成为一种潜在的很有实用价值的细胞来源,可用于对病态心脏的功能心肌再生的细胞治疗。新近的研究表明,在心肌梗死动物模型中,心肌内移植胚胎干细胞或由其分化成的心肌样细胞,能导致已损伤心肌的再生,并改善心脏功能。另外,在病毒性心肌炎小鼠中,静脉输入胚胎干细胞可明显提高生存率和减轻心肌损伤。有关人类胚胎干细胞在体外分化成心肌细胞以及这些细胞的特性,近来已有报道。然而,要在临床能应用人类胚胎干细胞或由其分化成的心肌细胞来治疗晚期心脏疾病,还必须越过大量的伦理、法律和科学上的障碍。