心脏病发作后把疤痕组织变成心肌

研究人员已经证明，小鼠的心脏瘢痕组织（成纤维细胞）可以直接重编程为心肌细胞（心肌细胞）。通过用携带心脏转录因子的病毒治疗小鼠心脏病发作后，他们发现新的心肌细胞是由成纤维细胞转化为心肌细胞形成的，而不是成纤维细胞与现有心肌细胞融合形成的。这项研究证明了直接重编程作为心肌梗死后心脏再生策略的潜力。

　　

据估计，在心脏病发作期间，心脏中有10亿个细胞丢失。在心脏病发作后，失去的组织被疤痕组织所取代，这会导致心力衰竭、心律失常和死亡。筑波大学的研究人员在一项新的研究中展示了疤痕组织中的细胞如何转化为心肌细胞，从而有效地再生受伤的心脏。

人和啮齿动物受伤的心脏在受伤后都没有再生的能力。因此，心脏治愈伤口的唯一方法就是在受伤部位建立疤痕组织。该领域的一个长期目标是找到一种方法，将在疤痕中产生结缔组织的成纤维细胞重新编程为心肌细胞，即工作的心肌细胞。通过这样做，丢失的心肌细胞可以被替换，有效地防止心脏进入心力衰竭，这是一种可导致死亡的心肌无力。

以前的研究表明，心肌细胞似乎是通过直接注射携带一组心脏转录因子的无害病毒形成的，心脏病发作后，驱动心肌细胞发育和功能所需基因表达的蛋白质进入啮齿动物心脏。然而，这些新形成的心肌细胞的起源和功能意义尚未明确确定。

“直接心脏重编程在心脏再生和心肌梗死治疗方面具有巨大潜力，”该研究的主要作者Masaki Ieda教授说然而，当转录因子被引入时，表观心肌细胞可通过将成纤维细胞转化为新的心肌细胞或通过将成纤维细胞与现有心肌细胞融合而形成。不同的是，只有前一个过程，我们称之为“直接重编程”，对再生有显著贡献。在这项研究中，我们的目标是确定心肌梗死后引入心脏转录因子时如何形成新的心肌细胞。“为了实现他们的目标，研究人员首先制造了所有细胞都发出红色荧光的小鼠。然而，用三苯氧胺治疗后，小鼠的成纤维细胞发出绿色荧光。结果，当用三苯氧胺治疗后观察心脏时，同时发出红色和绿色荧光的细胞表明成纤维细胞和心肌细胞之间发生了细胞融合。相反，绿色荧光的出现表明成纤维细胞已直接重编程为心肌细胞。

研究人员配备了解决他们研究问题的工具，使用小鼠心脏病发作模型，并用三苯氧胺治疗小鼠。虽然对照组没有直接重编程，但研究人员发现，当将携带心脏转录因子的病毒注射到小鼠体内时，有1-1.5%的细胞被直接重编程。两组的细胞融合率都很低。这些结果表明，这种方法产生新心肌细胞的主要途径是通过将成纤维细胞直接重编程为心肌细胞。我们的发现证明了直接重编程作为心肌梗死后心脏再生策略的激动人心的潜力

Journal Reference:

1. Mari Isomi, Taketaro Sadahiro, Hiroyuki Yamakawa, Ryo Fujita, Yu Yamada, Yuto Abe, Yoshiko Murakata, Tatsuya Akiyama, Tsugumine Shu, Hiroaki Mizukami, Keiichi Fukuda, Masaki Ieda. Overexpression of Gata4, Mef2c, and Tbx5 Generates Induced Cardiomyocytes Via Direct Reprogramming and Rare Fusion in the Heart. Circulation, 2021; 143 (21): 2123 DOI: 10.1161/CIRCULATIONAHA.120.052799