為什么成年人的心臟不能再生？答案讓人意想不到

在人體器官中，肝臟具有最大的再生能力——即使切除 70% 后仍能再生，這使得活體移植成為可能。
然而，作為人體的動力泵，心臟在成年期后卻無法再生，這是為什么呢？
近日，來自匹茲堡大學和匹茲堡大學醫(yī)學中心的科學家們給出了令人意想不到的答案——為了自保，主動拒絕再生。

圖｜人類心臟示意圖（來源：維基百科）

他們發(fā)現(xiàn)，隨著小鼠心臟細胞的成熟，一種被稱為核孔（nuclear pores）的交流通道的數(shù)量急劇減少，雖然這可能會保護器官免受與壓力相關（比如高血壓）的有害信號的傷害，但代價是阻止心臟細胞接收促進再生的信號，即阻止成年心臟細胞的再生。

相關研究論文以“Changes in nuclear pore numbers control nuclear import and stress response of mouse hearts”為題，已發(fā)表在科學期刊 developmental cell 上。

（來源：Developmental Cell）

“我們的研究解釋了為什么成年心臟不能自我再生，而新生小鼠和新生兒的心臟卻可以，” 該論文的通訊作者、匹茲堡大學醫(yī)學院兒科副教授 Bernhard Kühn 說，“這些發(fā)現(xiàn)是對心臟如何隨著年齡的增長而發(fā)展，以及如何應對壓力的基本理解的重要進展?！?/p>

心臟是動物循環(huán)系統(tǒng)中推動血管內(nèi)血液的肌造器官，為機體提供氧氣以及養(yǎng)分，同時也協(xié)助身體移除代謝廢棄物，是動物體最為重要的器官之一。

一旦人類或動物的心臟出現(xiàn)問題，便會對整個機體產(chǎn)生不可逆的影響。

因此，理解心臟的發(fā)育機制對于預防和治療心臟相關的疾病至關重要。

雖然人類皮膚和許多其他組織在受傷后仍能保持自我修復的能力，但心臟卻不能。

在人類胚胎期和胎兒發(fā)育過程中，心臟細胞經(jīng)過細胞分裂形成心肌。但當心臟細胞在成年后成熟時，它們會進入一種無法再分裂的終點狀態(tài)。

圖｜人類心臟各部分名稱。（來源：維基百科）

為了進一步了解心臟細胞如何以及為什么會隨著年齡的增長而發(fā)生變化，研究團隊對小鼠的核孔進行了觀察。核孔是鑲嵌在真核細胞細胞核核膜中的一種復合物，是細胞核與細胞質(zhì)間物質(zhì)交流的通道。

就像高速公路上的瀝青一樣，核膜是一層不滲透的保護層，具有保護細胞核的作用，而核孔就像公路上的檢修孔一樣，是信息通過屏障并進入細胞核的通道。

為此，研究團隊使用超分辨率顯微鏡觀察并統(tǒng)計了小鼠心臟細胞或心肌細胞的核孔數(shù)量。

結(jié)果顯示，在整個發(fā)育過程中，從胎兒期細胞的平均 1856 個到嬰兒期細胞的平均 1040 個，再到成人細胞的平均僅 678 個，核孔的數(shù)量減少了 63%。

圖｜心肌細胞在成熟過程中核孔數(shù)量減少。（來源：該論文）

在之前的研究中，研究團隊驗證了一種名為 Lamin b2 的基因?qū)π募〖毎偕闹匾裕?/p>

這種基因在新生小鼠中表達量很高，但會隨著年齡的增長而下降。

在此次研究工作中，他們發(fā)現(xiàn)阻斷小鼠的 Lamin b2 表達會導致核孔數(shù)量減少。核孔較少的小鼠減少了信號蛋白向細胞核的運輸，并降低了基因表達，表明隨著年齡增長而減少的交流可能會使得心肌細胞再生能力下降。

“這些發(fā)現(xiàn)表明，核孔的數(shù)量控制著進入細胞核的信息通量。隨著心臟細胞的成熟和核孔的減少，到達細胞核的信息越來越少，”Kühn 解釋道。

在應對高血壓等壓力時，心肌細胞的細胞核會接收到修改基因通路的信號，重構心臟的結(jié)構。這種重構是心力衰竭的主要原因。

為此，研究團隊試圖使用高血壓小鼠模型來理解核孔是如何促進這種重塑過程的。

他們發(fā)現(xiàn)，

小鼠被改造成表達更少核孔后，參與有害心臟重塑的基因通路的調(diào)節(jié)也變得更少。而且，這些小鼠的心臟功能和存活率也比核孔更多的小鼠表現(xiàn)得更好。

正是因為這種原因，成年心臟便不能再生了。

參考鏈接：https://www.cell.com/developmental-cell/fulltext/S1534-5807(22)00719-5