心脏和肺的干细胞的进化史

　　

生命是如何适应陆地生活的发展史长期以来困惑着生物学家们——恐龙的后代，如何从鳍进化成手臂和腿的？鱼的器官肺是如何进化的？

生物学家们已经知道了心脏和肺如何适应陆地生活的进化史，主要通过心脏的功能和肺的气体交换的功能相耦合。肺是在哺乳动物进化过程中最后形成的一个器官，对于地球上的生命可以说是最重要的器官。

在胚胎发育过程中阐明了心脏和肺这两个系统的细胞是如何协调发展的。最初原始的肺的祖细胞可以伸入到心脏的原始的祖细胞从而使两个器官可共同形成了心肺循环系统。然而，这个共同的循环系统发展的分子机制还无法完全明白，这两个器官共同的祖细胞是如何影响相关的疾病的发展的？比如肺动脉高压的形成。

最近发表在Nature上的一篇文章阐明了肺的血管，连接心脏和肺的血管即使没有肺也能形成。在小鼠身上肺的发展抑制了肺血管的形成，而心脏的祖细胞或干细胞是心肺发展所必须的。

Edward E. Morrisey 带领的研究团队们发现了心脏中胚层有一群多动能的细胞，命名为 CPPs。CPPs 可以通过表达信号分子 Wnt2 ，从而与其它胚胎干细胞区分。

Morrisey 表示：“我们问这些祖细胞能够产生心脏和肺的衍生品吗？我们的数据表明Wnt-2阳性的细胞存在于肺发生之前，帮助肺和心脏的共同发展。”

肺的发展如何和心脏系统互相连接的，这个问题在 Morrisey 实验室争论了许多年。 Morrisey 表示：“很明显，对许多陆生动物进行解剖后发现心脏和肺是互相连接的。在临床医学的许多方面也反映了这个问题，比如佩雷尔曼医学院的心血管医学曾经划分为心肺医学。”

Morrisey 实验室从一组简单的问题开始：肺和心脏是如何共同发展的以及调节这一过程的共同的信号？这项工作的重大发现在于发现了 Wnt2 基因。

“Wnt2 基因表达在胚胎早期的一个独特的地方——具体在心脏和前肠管之间，这也是肺发生的地方。”这就允许科学家们在小鼠身上创造模型，小鼠身上心肺的解剖结构与人的非常相似，那么 Wnt2 阳性细胞是否可以协调心肺的发展呢？

使用细胞系追踪分析，他们发现 Wnt2 细胞可以形成单独的克隆，反过来，形成心和肺组织，包括心肌细胞和血管细胞比如血管的平滑肌。确实， CPPs 能够形成大量的早期心和肺的胚胎细胞类型。这些研究表明不同的细胞系在肺内是相关的，比如平滑肌血管和呼吸道平滑肌在肺内共享一个祖细胞。

CPPs 的发展通过另一个已知的蛋白 hedgehog 调控，这个蛋白可以使肺血管和心得到合适的连接。这些研究表明 hedgehog 蛋白，表达在肺的祖细胞帮助促进 CPPs 分化成肺血管的平滑肌。

总之，这些研究发现了一群新的心肺祖细胞，用来协调心和肺的发展从而来适应陆地的生活。

CPPs 细胞的发现对于疾病的研究也和很重要，比如肺动脉高压的发生。目前还不清楚肺动脉高压主要是肺的疾病还是心脏和血管系统存在的缺陷。 CPPs 发现为研究肺动脉高压提供很好的线索。进一步的研究针对 CPPs 细胞是否存在于成年人的心肺系统中以及是否在心肺损伤和疾病过程中扮演着重要的角色。