Cell：寻找被“封杀”的脊椎动物再生能力

　　

生物通报道：最近杜克大学医学中心研究人员发现，沉默表达斑马鱼心脏中的一种蛋白，受伤部位或者伤口保护层会有聚集大量的干细胞，干细胞之间的动力学相互作用会激活心脏的再生功能。研究人员在进一步实验中发现了能够帮助细胞群之间以及保护层细胞之间进行相互作用，促进形成新的心肌的关键生长因子。研究结果刊登于11月3日Cell杂志。

许多细胞生物学家认为，所有脊椎动物都具有使受损心脏组织再生的能力，只不过由于某种未知原因，哺乳动物在进化过程中将这种再生能力“封杀”。杜克研究员说斑马鱼是寻找哺乳动物被“封杀”的再生能力的一种很好的模式生物，解缚再生能力有助于治疗疾病引发的人类心脏受损。

论文作者Kenneth Poss 博士说，自然界中有许多具有再生能力的物种，如蝾螈、斑马鱼等，有趣的是，与其关系极近的物种却没有此能力。由此他推测是一些物种在进化过程中丢失了再生功能，而不是另一些物种进化得到再生功能。

先前，研究人员一直认为，斑马鱼心脏再生是依赖于受损心脏部位现有的、临近的心肌细胞的直接分化实现的。然而，Poss等发现，这种心脏再生过程与蜥蜴再生出缺失的肢体的过程极为相似。在蜥蜴的受伤部位，聚集了大量的未分化的干细胞或祖细胞（progenitor cells），这些未分化的细胞群被称为芽基（blastema）。当这些祖细胞接收到正确的生化信号后，开始分化为各种类型细胞，如骨、肌肉和软骨等以形成新的附肢。

Poss认为当取走斑马鱼一部分心脏后，在受损部位开始形成芽基。然而，祖细胞不与围绕芽基的“心外膜”（epicardial）细胞发生相互作用，便不会得到全部的分化潜能。（注：整个心脏外面包绕一层心外膜。

研究人员发现，在斑马鱼心脏受损的第三天，心外膜细胞开始包围受损位点，这个过程大约要持续两个星期。芽基中的祖细胞开始分化为心肌细胞，并在受损的头3－4天开始增生。

“在心脏恢复的日子里，我们发现心外膜包被中的某些基因的表达显著上升，” Poss说，“这些基因只在胚胎心脏血管系统发育过程中特异表达。心外膜细胞包围伤口和芽基，帮助形成新的血管，为新的心肌生长营造具有保护作用的小环境（niche）。

纤维原细胞生长因子（fibroblast growth factors）是伤口愈合和胚胎发育所必需的。研究人员发现，芽基和心外膜之间的生化信号部分受控于纤维原细胞生长因子。“当我们在斑马鱼中，用纤维原细胞生长因子阻断这种信号后，发现，再生过程停滞于某个特定位点。新的血管很难侵入到新的再生细胞中，阻止新的心肌形成。

Poss说对斑马鱼心脏再生过程进一步观察，有助于修复人类受损心肌。“在哺乳动物心脏中鉴别出多种类型的祖细胞，但心脏受损后，这些祖细胞很少再生。相反，斑马鱼心脏损伤后，显示出强大的再生反应。进一步研究斑马鱼，有助于我们揭开哺乳动物再生能力丢失之谜，有可能找到激活哺乳动物再生潜力的方法。”

研究受到美国国立卫生研究院、美国心脏病协会等资助。（生物通记者 小粥）