心肌细胞在心脏再生过程中改变能量来源

来自Hubrecht研究所(KNAW)的Jeroen Bakkers小组的研究人员发现，斑马鱼心脏中的肌肉细胞在心脏再生过程中会改变其新陈代谢，即它们产生能量的方式。与人的心脏相反，斑马鱼的心脏在受伤后可以再生。研究斑马鱼心脏再生的机制可能有助于更好地理解人的心脏为何不再生，并找到将来在人类心脏病发作后刺激再生的方法。这项研究的结果已于2月4日发表在科学杂志《eLife》上。

心脏病发作是西方世界常见的死亡原因。在心脏病发作期间，冠状动脉被阻塞，导致该动脉供应的心肌细胞的氧气和营养物质减少。这些低水平的必需营养素会导致心肌细胞死亡，这些细胞会被免疫系统清除并被永久性疤痕所取代，以治愈伤口。疤痕虽然有益于稳定受伤的心脏，但功能失调，会导致患者心脏功能丧失。这导致受影响患者的生活质量降低，并使他们更有可能因心力衰竭而死亡。

边界区

哺乳动物(例如人)在受伤后无法用功能性肌肉细胞修复心脏，而其他几种动物则具有通过再生这一过程来实现这一目标的出色能力。这些物种之一是斑马鱼。由于心脏中不存在可以补充心肌细胞的干细胞，因此斑马鱼使用另一种策略来恢复心脏功能。靠近受伤部位的区域(所谓的边界区域)中存活的心肌细胞能够分裂并用新的肌肉细胞重新填充心脏的受伤部位，从而在受伤后3-6个月内替代最初形成的疤痕。斑马鱼如何实现这一目标仍是未知之数，但在心脏病发作后具有巨大的潜力来帮助人类的心脏再生。

代谢

为了了解有关斑马鱼心脏成功再生的基础过程的更多信息，研究人员在边界区域的心肌细胞上使用了一种称为单细胞RNA测序的技术。通过这种技术，他们能够研究边界区域单个心肌细胞中所有可能基因的活性。基因的活性告诉研究人员，在这些单个细胞中发生了哪些过程，这些过程使其能够分裂，从而生成新的心肌细胞。研究人员发现边界区域开始分裂的心肌细胞与胚胎心肌细胞非常相似。“边界区域的心肌细胞与其他远离损伤的心肌细胞之间的显着差异是它们完全改变了新陈代谢，”Hessel Honkoop(Hubrecht Institute)说。边界区心肌细胞没有使用脂肪酸作为主要能源，而是通过糖酵解途径依靠糖来产生能量并为其细胞分裂提供基础。事实证明，这种能量转换对于心脏再生非常重要，因为阻断糖酵解会严重损害心肌细胞的分裂能力。

分割心肌细胞

为了研究这一发现如何最终为患者带来收益，研究人员研究了这种新陈代谢转换所涉及的机制。他们发现，涉及蛋白Nrg1和ErbB2的信号传导途径可以诱导斑马鱼心脏再生过程中的代谢转换。这些蛋白质的活性增加会刺激斑马鱼和小鼠的心肌细胞分裂，甚至不会对心脏造成伤害。研究人员注意到，由Nrg1和ErbB2诱导的小鼠细胞分裂增加，伴随着心脏再生过程中在斑马鱼中发现的相同的代谢转换。Honkoop说：“然后，我们阻止了Nrg1和ErbB2诱导的小鼠心肌细胞分裂中的这种代谢转换。”研究人员表明，斑马鱼是更好地了解心脏再生的宝贵工具，而代谢变化在此过程中起着重要作用。需要进行更多的研究来表明，这种代谢转换为糖酵解是否可以帮助恢复患有心脏病的人的心脏功能。研究人员表明，斑马鱼是更好地了解心脏再生的宝贵工具，而代谢变化在此过程中起着重要作用。需要进行更多的研究来表明，这种代谢转换为糖酵解是否可以帮助恢复患有心脏病的人的心脏功能。