Nature重大突破:不同寻常的细胞修复

　　

生物通报道  人类在出生后不久，心脏细胞即会丧失它们大部分的增殖与再生能力，这使得在生命后期心脏难于从损伤中恢复过来。现在研究人员发现了4个人类microRNAs，证实它们可以刺激培养物中的成年鼠心脏细胞增殖，当小鼠心脏病发作时可帮助防止损伤。这一研究在线发表在12月5日的《自然》（Nature）杂志上。如果microRNAs能够在人类心肌细胞中发挥相似的作用，它们或许有潜力成为心脏损伤的一种新再生疗法。

华盛顿大学分子生物学家Scot Matkovich（未参与该研究）说：“这是一种不同的修复受损心脏组织的方法。相比于以干细胞为基础的方法是将新细胞整合到心脏之中，microRNAs (miRNAs)有可能是一种新的途径，在天然环境中直接唤醒心脏损伤附近的心肌细胞，由此它们可以更进一步地增殖，填补缺口。”

出生后不久，哺乳动物心脏细胞即丧失了它们大部分的增殖能力，这使得在心脏病发作后难于修复受损的心脏组织。当前正在进行验证的一种方法是利用干细胞，在实验室将它们分化为心肌细胞，然后移植到受损心脏中。

然而由于很难将新细胞与现有系统融为一体，到目前为止干细胞方法一直受阻。“植入的干细胞源性心肌细胞会设法建立自己的跳动节律，它们难以与心脏的其余细胞保持同步，” Matkovich说。MicroRNAs通过靶向存在于心脏中的细胞，绕过了这一障碍。

研究的领导者、意大利国际遗传工程和生物技术中心分子生物学家Mauro Giacca说：“或许我们可以从蝾螈和某些鱼类动物中学到一些经验，直到成年期它们的心脏都能维持再生能力。鱼的心脏细胞再生并不依赖于干细胞或其他复杂的过程。在心脏损伤后，鱼心脏细胞会轻微去分化（de-differentiate），恢复增殖直至整个器官完全修复。”

Giacca和第一作者Ana Eulalio认为能够调控基因网络的miRNAs有可能参与了受损组织修复。事实上，以往的研究已经确定miRNAs在调控心脏细胞大小和抑制心肌细胞增殖中起重要作用。

为了检验准这一想法，Giacca研究小组筛查了一个人类miRNAs文库。在体外实验中，他们用不同的miRNAs转染大鼠新生心肌细胞，并检测了细胞增殖和分裂。科学家们鉴别了200种促进细胞增殖的miRNAs，进一步缩小范围至4种，这些microRNAs可以诱导成体大鼠心肌细胞增殖，从而提高了在人类中同样发挥作用的可能性。

Giacca和同事们进一步测试了其中的两种miRNAs，将它们注入到新生小鼠和大鼠的心脏。荧光显微镜检查显示在miRNA注入后大鼠新生心肌细胞发生了增殖。在注入12天后小鼠新生心脏扩大，但细胞并未显示增大的迹象，这表明器官中的细胞数量在增多。

重要的是，在诱导心脏病发作后立即给予miRNAs，成体大鼠心脏显示损伤减少，相比未接受治疗的大鼠，治疗组大鼠心脏维持了功能。如果miRNAs能在人类心脏中促进增殖，Giacca期望它们有可能获得治疗应用，不仅用于心脏病发作，还可用在任何心脏组织需要修复的情况下，例如在搭桥手术中。

然而Matkovich也表示miRNA治疗需要谨慎对待。到目前为止，在心脏病发作后不久立即给予miRNAs可以帮助防止心脏损伤，这与大多数人的心脏病发作病史并无特别相关。然而更迟给予miRNAs是否仍然能帮助修复损伤还有待观察。

此外，哈佛大学医学院分子生物学家Da-Zhi Wang提出还需要仔细注意miRNA表达的长期影响。尽管Da-Zhi Wang认为miRNA刺激心脏细胞再生“肯定有前景，且是正确的方向，”仍然需要开展更多的研究来检测更长的时程，以及miRNA注射对于其他组织的影响。

事实上，Giacca和同事们已经在更大的动物中开展安全和有效性研究。他们也获得了一些人类细胞的有前景的数据，现在他们正着手解决治疗中的miRNA传递问题。Giacca说：“我们感到非常的兴奋。有可能无需复杂的程序就可以刺激心脏修复。”

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Functional screening identifies miRNAs inducing cardiac regeneration

In mammals, enlargement of the heart during embryonic development is primarily dependent on the increase in cardiomyocyte numbers. Shortly after birth, however, cardiomyocytes stop proliferating and further growth of the myocardium occurs through hypertrophic enlargement of the existing myocytes. As a consequence of the minimal renewal of cardiomyocytes during adult life, repair of cardiac damage through myocardial regeneration is very limited. Here we show that the exogenous administration of selected microRNAs (miRNAs) markedly stimulates cardiomyocyte proliferation and promotes cardiac repair. We performed a high-content microscopy, high-throughput functional screening for human miRNAs that promoted neonatal cardiomyocyte proliferation using a whole-genome miRNA library. Forty miRNAs strongly increased both DNA synthesis and cytokinesis in neonatal mouse and rat cardiomyocytes. Two of these miRNAs (hsa-miR-590 and hsa-miR-199a) were further selected for testing and were shown to promote cell cycle re-entry of adult cardiomyocytes ex vivo and to promote cardiomyocyte proliferation in both neonatal and adult animals. After myocardial infarction in mice, these miRNAs stimulated marked cardiac regeneration and almost complete recovery of cardiac functional parameters. The miRNAs identified hold great promise for the treatment of cardiac pathologies consequent to cardiomyocyte loss.