Nature发表再生医学重要成果

　　

生物通报道  近日来自华盛顿的研究人员在再生受损心脏的研究中取得重大的进展，他们将胚胎干细胞生成的人类心肌细胞移植到豚鼠心脏中，证实其在移植后与宿主心肌电耦合和同步收缩，减少了心肌梗死豚鼠模型心律失常的发生率。这一研究成果在线发表在8月5日的《自然》(Nature)杂志上。
 
论文的资深作者、华盛顿大学病理学副教授、心脏血管生物学中心及干细胞与再生医学研究所成员Michael Laflamme说：“这些结果提供了强有力的证据表明人类心肌细胞移植满足了真正心脏再生的生理标准。这为持续开发以人类胚胎细胞为基础的心脏机械和电修复治疗提供了支持。”

在心肌梗死的过程中，血块形成会阻止富含氧的血液流入心脏，导致下游心肌死亡，最终被瘢痕组织替代。这可能会导致心脏充盈和排空的机械问题，并且还可能干扰调整心跳节奏的电信号。

在这项研究中，豚鼠的心脏左心室（心脏中厚壁下腔将含氧血泵至全身）受到损伤。损伤留下了一个疤痕，使心室变薄，显示出泵功能减弱以及对心律失常易感性增加。接受人类心肌细胞移植的受损心脏显示瘢痕性左心室部分再肌化。与过去的研究一致，实验表明用人类心肌移植受损心脏机械功能得到改善。更令人惊讶的是，这些心脏相比未接受移植的受损心脏显示更少的心律失常。
 
Laflamme博士说：“几年前我们证实移植人类胚胎干细胞来源的心肌细胞可改善受损心脏的泵血活力。在最近的文章中，我们发现移植这些细胞也能够减少心律失常的发病率。“

因为心律失常是心脏病发作后患者的一个主要死亡原因，Laflamme指出这一效应如果在大型动物模型中也证实成功或许会在临床上有用。

科学家们过去一直担心抑制胚胎干细胞来源的心肌细胞将促进心律失常。“相反的是，它们抑制了心律失常，至少在豚鼠模型中，”Laflamme和他的研究小组对这一发现感到高兴。

尽管Laflamme和华盛顿大学心脏部门病理学、生物功能和医学教授Charles E. Murry过去曾证实移植这些类型的细胞移植物可改善受损心脏的泵血功能，Laflamme注意到过去还没有确定移植是否实际上与心脏原来的肌肉偶联并同步发射。他认为有可能它们间接产生了有益效应，或许是通过释放信号分子而不是形成新的力发生单位。

“在我们的研究中，我们发现心脏细胞移植物实际上与豚鼠心脏偶联，”他说。

研究小组发现心脏细胞移植物在所有正常、未受损心脏以及大部分受损心脏中中电偶联。研究人员通过移植遗传工程修饰每次发射即发光的人类心脏细胞观察到了这一偶联。通过将来自移植细胞的这种光信号与心电图相关联，研究人员确定了细胞移植物是否与动物心脏电偶联。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Human ES-cell-derived cardiomyocytes electrically couple and suppress arrhythmias in injured hearts

Transplantation studies in mice and rats have shown that human embryonic-stem-cell-derived cardiomyocytes (hESC-CMs) can improve the function of infarcted hearts1, 2, 3, but two critical issues related to their electrophysiological behaviour in vivo remain unresolved. First, the risk of arrhythmias following hESC-CM transplantation in injured hearts has not been determined. Second, the electromechanical integration of hESC-CMs in injured hearts has not been demonstrated, so it is unclear whether these cells improve contractile function directly through addition of new force-generating units. Here we use a guinea-pig model to show that hESC-CM grafts in injured hearts protect against arrhythmias and can contract synchronously with host muscle. Injured hearts with hESC-CM grafts show improved mechanical function and a significantly reduced incidence of both spontaneous and induced ventricular tachycardia. To assess the activity of hESC-CM grafts in vivo, we transplanted hESC-CMs expressing the genetically encoded calcium sensor, GCaMP3 (refs 4, 5). By correlating the GCaMP3 fluorescent signal with the host ECG, we found that grafts in uninjured hearts have consistent 1:1 host–graft coupling. Grafts in injured hearts are more heterogeneous and typically include both coupled and uncoupled regions. Thus, human myocardial grafts meet physiological criteria for true heart regeneration, providing support for the continued development of hESC-based cardiac therapies for both mechanical and electrical repair.