PNAS：再生医学重大进展

　　

生物通报道：多国科学家联手取得了再生医学领域的重要进展，他们首次描述了机体防止心脏和颅面肌出生缺陷的遗传学调控，文章于十月二十九日提前发表在PNAS杂志的网站上。这类疾病中有的相当普遍，例如平均一百个人中就有一个患有先天性心脏缺陷。这项基础研究为治疗这类疾病提供了路线图，使人们有望利用源自患者自身的干细胞来进行修复和治疗。

“现在，再生医学与发育生物学的许多进展都有望进入临床，因为我们不再需要人类胚胎来获取干细胞了，”文章共同作者，俄勒冈州立大学药学院副教授Chrissa Kioussi说。

从理论上说，人们现在能够用患者自身的干细胞分化为任何类型的细胞。不过关键是要了解确切的调控机制，能够控制细胞如何分化，例如特异性的分化为心脏左心室细胞。

“一旦我们足够了解这些遗传学调控，就不仅能够将皮肤细胞诱导成为干细胞，也能够将干细胞分化成为患者所需的细胞类型，”Kioussi说。“而最终将利用患者自身细胞生成替代性的器官。”

探寻脊椎动物器官形成的发育机制，能帮助人们进一步了解出生缺陷。在胚胎发育过程中，部分心脏和颅面肌来自于PM（pharyngeal mesoderm），如果这一发育过程出现故障就会引发多种疾病甚至死亡，例如腭裂、面部畸形和心脏瓣膜缺陷等。

研究人员鉴定了控制心脏和颅面肌形成的四种特异性的“转录因子”基因，揭示了PM中表达的一组转录因子分级调控网络，这一网络控制着心脏和颅面的器官发生。干扰这一调控网络，就会使小鼠发生心脏和颅面肌缺陷。

“人类基因组中约有20000个基因，但只有2000个基因是转录因子，”Kioussi说。“这些转录因子控制着基因的启动，由它们决定在特定细胞类型中哪些基因表达而哪些基因不表达。”

科学家们早已发现这些转录因子并非独自决定哺乳动物发育过程中的细胞类型，它们三三两两结成稳定的组合来共同起作用。基于转录因子的组合，机体内的绝大多数细胞在一个月内就确定了自己的细胞类型。如果人们能够了解这些转录因子组合产生的机制，就能够对干细胞进行相应的人工处理，将其转化为所需的细胞类型。

哺乳动物胚胎发育是一系列的细胞从“临时”状态转化为成熟细胞类型的过程。受精卵从本质上来说也是一种具有分化为任何细胞类型能力的干细胞。在发育过程的中间阶段，这些“临时”细胞的分化受到越来越多的限制，直到它们最终成为成熟的细胞类型。

“在再生医学中，我们很关心这些细胞分化的步骤，”Kioussi说。“如果能够了解全部不步骤，我们就能够找出问题所在并将其解决。这样的工作已经在一些疾病研究中进行，而我们这项工作将帮助人们更好的修复心脏和颅面缺损。”

这是一个复杂但相当可行的工程，人体中有一百万亿的细胞，而成熟细胞类型只有约100种。作者认为了解这些细胞类型的遗传学特异性是绝对可行的，这方面的研究将有望给许多疾病的治疗带来一场革命。

（生物通编辑：叶予）

生物通推荐原文摘要：

Pharyngeal mesoderm regulatory network controls cardiac and head muscle morphogenesis

The search for developmental mechanisms driving vertebrate organogenesis has paved the way toward a deeper understanding of birth defects. During embryogenesis, parts of the heart and craniofacial muscles arise from pharyngeal mesoderm (PM) progenitors. Here, we reveal a hierarchical regulatory network of a set of transcription factors expressed in the PM that initiates heart and craniofacial organogenesis. Genetic perturbation of this network in mice resulted in heart and craniofacial muscle defects, revealing robust cross-regulation between its members. We identified Lhx2 as a previously undescribed player during cardiac and pharyngeal muscle development. Lhx2 and Tcf21 genetically interact with Tbx1, the major determinant in the etiology of DiGeorge/velo-cardio-facial/22q11.2 deletion syndrome. Furthermore, knockout of these genes in the mouse recapitulates specific cardiac features of this syndrome. We suggest that PM-derived cardiogenesis and myogenesis are network properties rather than properties specific to individual PM members. These findings shed new light on the developmental underpinnings of congenital defects.