科学家发现心脏组织再生机制

最近，美国缅因大学MDI生物实验室带领的一项研究，发现了心脏组织再生的根本机制，从而有望可以用药物来帮助身体生长出肌肉细胞，并去除疤痕组织，这是心脏组织再生的重要步骤。这一研究发表在《Development》杂志上。

　　

生物通报道：最近，美国缅因大学MDI（Mount Desert Island）生物实验室助理教授Viravuth P. Yin带领的一项研究，发现了心脏组织再生的根本机制，从而有望可以用药物来帮助身体生长出肌肉细胞，并去除疤痕组织，这是心脏组织再生的重要步骤。这一研究发表在《Development》杂志上。

在西方国家，心脏病是导致死亡的主要原因。Yin利用斑马鱼来研究心脏组织再生，因为这些常见的观赏鱼，无论它们的年龄多大，都具有再生几乎所有身体部位（包括心脏，骨骼，皮肤和血管）的惊人能力。相比之下，成年哺乳动物的心血管系统的再生能力有限。

Yin说：“尽管斑马鱼与人类有很大的不同，但它们与人类共有百分之70的遗传物质，其中包括对新的心脏肌肉形成非常重要的基因。这些基因在人类和其他哺乳动物中都是保守的，但在损伤后（如心脏病发作）它们的活动受到不同的调节。”

MDI生物实验室是一家独立的，非营利性的生物医学研究机构，专注于延长健康寿命和利用我们的自然能力，来修复和再生因损伤或疾病而引发的受损组织。该机构通过研究、教育和企业合作，将研究结果转化为治疗方法，为复杂的人类健康问题开发解决方案。

Yin和该机构的其他科学家，在各种各样的生物中研究组织修复、再生和衰老，这些生物有健全的机制来修复和再生组织。

Yin最近的工作是一项前期研究的延续，该研究确定了一种实验性药物——ZF143，可加快受损心脏和四肢的组织修复率。他是Novo Biosciences公司的联合创始人和首席科学官，Novo Biosciences是MDI生物学实验室的一个营利性附属机构，其目标是实现ZF143和其他药物加速组织愈合并刺激缺失或受损身体部位再生的治疗潜力。

MDI实验室主任Kevin Strange表示：“我们的目标是，通过我们的营利性公司Novo Biosciences，以及其他的商业企业，将科学发现从实验室转化到临床。我们希望，Yin博士的研究将带来其他潜在的治疗性药物，如ZF143，重新激活人类受损的心脏肌肉组织的修复和再生机制。”

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Yin的研究确定了一种microRNA——miR-101a（一个主要的遗传调节因子），在刺激心肌细胞生长和去除疤痕组织中的作用。他将这些功能描述为心脏组织再生的“阴和阳”，因为疤痕组织——可作为一种即时的“创可贴”，但会阻止心脏长期适当的跳动——必须被去除，才能再生出新的心脏肌肉和恢复功能。

Yin说：“器官再生的概念吸引了广泛关注，公众会认为这是科幻小说。但斑马鱼心脏可在短短的30~60天的时间里，强劲地再生出缺失或受损的组织。人类与它们共享相同的遗传物质：相同的遗传程序驻留在每个细胞中。我们的目的是，了解斑马鱼是如何做到这一点的，我们就可以通过唤醒我们沉睡的遗传密码，发动我们的自我修复机制。”

每年，心脏病导致约1700万人死亡。其中，估计有740万是由于冠心病——最常见的心脏病类型。在美国，每年大约有720000名居民患心脏病，这意味着有成千上万的心脏病患者一直要忍受心脏病的致残性并发症，他们可以从受损心脏组织的修复和再生治疗中受益。

对“导致再生的遗传机制”有了更清楚的了解之后，Yin和他的团队将能够开发某种药物，控制使这些遗传机制的活动，使心脏病患者的心脏再生是可被刺激的。Yin的研究对于其他疾病（包括肌营养不良症）的治疗也有重要的意义。

为什么心脏肌肉不能再生？如何让心脏组织再生？一直是许多研究的主题。2014年9月，北京大学分子医学研究所首次成功建立活体心脏过氧化氢(H2O2)信号荧光报告系统，并揭示H2O2-Dusp6-pERK信号调控斑马鱼心脏再生， 相关研究发表在Cell Research 杂志(北京大学揭示过氧化氢促进斑马鱼心脏再生机制)。去年4月份，由以色列、意大利和澳大利亚研究人员组成的一个庞大团队，找到了一种方法使小鼠细胞能够再生。该研究团队在《自然细胞生物学》（Nature Cell Biology）杂志上发表论文，报道了他们关于激素、心脏细胞分裂和组织再生的突破性研究(Nature子刊：心脏再生获重大突破)。随后的8月份，加州大学洛杉矶分校的研究人员首次阐明了成年人心脏不能再生的原因。这项研究发表在Journal of Cell Biology杂志上，可以帮助人们在患者心脏中进行重编程，让心肌细胞重新获得自我修复的能力(JCB：让心脏自己再生)。

（生物通：王英）

生物通推荐原文摘要：
Dynamic microRNA-101a and Fosab expression controls zebrafish heart regeneration
Abstract: Cardiovascular disease is the leading cause of morbidity and mortality in the Western world owing to the limited regenerative capacity of the mammalian cardiovascular system. In lieu of new muscle synthesis, the human heart replaces necrotic tissue with deposition of a noncontractile scar. By contrast, the adult zebrafish is endowed with a remarkable regenerative capacity, capable of de novo cardiomyocyte (CM) creation and scar tissue removal when challenged with an acute injury. In these studies, we examined the contributions of the dynamically regulated microRNA miR-101a during adult zebrafish heart regeneration. We demonstrate that miR-101a expression is rapidly depleted within 3 days post-amputation (dpa) but is highly upregulated by 7-14 dpa, before returning to uninjured levels at the completion of the regenerative process. Employing heat-inducible transgenic strains and antisense oligonucleotides, we demonstrate that decreases in miR-101a levels at the onset of cardiac injury enhanced CM proliferation. Interestingly, prolonged suppression of miR-101a activity stimulates new muscle synthesis but with defects in scar tissue clearance. Upregulation of miR-101a expression between 7 and 14 dpa is essential to stimulate removal of the scar. Through a series of studies, we identified the proto-oncogene fosab (cfos) as a potent miR-101a target gene, stimulator of CM proliferation, and inhibitor of scar tissue removal. Importantly, combinatorial depletion of fosab and miR-101a activity rescued defects in scar tissue clearance mediated by miR-101a inhibition alone. In summation, our studies indicate that the precise temporal modulation of the miR-101a/fosab genetic axis is crucial for coordinating CM proliferation and scar tissue removal during zebrafish heart regeneration.