6月12日，國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Circulation Research在線(xiàn)發(fā)表了中國(guó)科學(xué)院生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所周斌研究組的研究成果“Genetic Tracing Identifies EarlySegregationof the Cardiomyocyte and Non-myocyte Lineages”。該工作主要利用雙同源重組介導(dǎo)的遺傳學(xué)技術(shù)揭示胚胎期非心肌細(xì)胞向心肌細(xì)胞轉(zhuǎn)化的精確時(shí)間節(jié)點(diǎn)及新生期心臟再生的細(xì)胞機(jī)制。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)非心肌細(xì)胞向心肌細(xì)胞的轉(zhuǎn)分化主要發(fā)生在胚胎發(fā)育的第8.0天至第10.5天，而胚胎發(fā)育的第11.5天及其以后，非心肌細(xì)胞不再向心肌細(xì)胞的轉(zhuǎn)化。新生期心臟穩(wěn)態(tài)及再生過(guò)程中也不存在非心肌細(xì)胞向心肌細(xì)胞的轉(zhuǎn)化，心肌細(xì)胞的再生主要是通過(guò)原有心肌細(xì)胞的增殖。該項(xiàng)研究是對(duì)心肌干細(xì)胞研究工作的進(jìn)一步延伸，該研究成果將為心臟的再生醫(yī)學(xué)提供新的理論依據(jù)。

 

        心臟是脊椎動(dòng)物胚胎發(fā)育中最先形成的器官，為循環(huán)系統(tǒng)提供動(dòng)力支持。早期研究結(jié)果認(rèn)為心臟主要來(lái)源于原條中胚層，隨后發(fā)現(xiàn)的第二心區(qū)提示心臟發(fā)育過(guò)程可能有多個(gè)來(lái)源的細(xì)胞參與心肌細(xì)胞的形成。在發(fā)育過(guò)程中心肌祖細(xì)胞的分子標(biāo)記有Nkx2.5、Flk1、Mesp1、Isl1等，這些干細(xì)胞對(duì)于心臟中心肌細(xì)胞的形成有巨大貢獻(xiàn)。除此之外還有沒(méi)有明確分子標(biāo)記的心肌祖細(xì)胞，如心肌球體祖細(xì)胞，也有報(bào)道會(huì)參與心臟發(fā)育過(guò)程。這些祖細(xì)胞在心臟發(fā)育中何時(shí)停止向心肌細(xì)胞方向的分化仍然無(wú)法全面回答。

 

        在本項(xiàng)研究中，周斌研究組科研人員利用實(shí)驗(yàn)室建立的雙同源重組技術(shù)，同時(shí)對(duì)心肌細(xì)胞和非心肌細(xì)胞進(jìn)行遺傳標(biāo)記，實(shí)現(xiàn)對(duì)兩類(lèi)細(xì)胞群體同時(shí)進(jìn)行譜系示蹤，系統(tǒng)揭示在胚胎發(fā)育、新生期穩(wěn)態(tài)及再生過(guò)程中，非心肌細(xì)胞向心肌細(xì)胞的轉(zhuǎn)分化潛能。首先，科研人員利用心肌細(xì)胞特異的轉(zhuǎn)基因小鼠Tnnt2-Cre與R26-LDLZ小鼠及報(bào)告基因R26-RSR-tdTomato小鼠雜交得到三陽(yáng)性的小鼠，將心肌細(xì)胞特異地標(biāo)記成綠色熒光，同時(shí)在他莫昔芬的誘導(dǎo)下，非肌肉細(xì)胞可以被標(biāo)記為紅色熒光，并且這些熒光標(biāo)記是可遺傳的，永久性的。在發(fā)育過(guò)程中，如果發(fā)生非心肌細(xì)胞向心肌細(xì)胞的轉(zhuǎn)分化，新形成的心肌細(xì)胞將會(huì)繼續(xù)攜帶紅色熒光。科研人員分別在胚胎發(fā)育的不同時(shí)期對(duì)三陽(yáng)性小鼠進(jìn)行他莫昔芬的誘導(dǎo)，發(fā)現(xiàn)在胚胎發(fā)育的第8.0天至第10.5天進(jìn)行他莫昔芬的誘導(dǎo)時(shí)，在心臟中可以檢測(cè)到標(biāo)記為紅色熒光的心肌細(xì)胞，證明這部分心肌細(xì)胞是由非心肌細(xì)胞轉(zhuǎn)分化而來(lái)，非心肌細(xì)胞向心肌細(xì)胞的轉(zhuǎn)分化主要發(fā)生在右心室，而且隨著發(fā)育時(shí)間的推移，由心室的頭側(cè)向心尖部位成減弱趨勢(shì)，證明第二心區(qū)的心肌祖細(xì)胞對(duì)心肌細(xì)胞的貢獻(xiàn)逐漸減弱，最后集中在右心室的遠(yuǎn)端，直至消失。在胚胎發(fā)育的第11.5天后進(jìn)行他莫昔芬的誘導(dǎo)時(shí)，基本很難再捕捉到紅色的心肌細(xì)胞，證明在胚胎發(fā)育的第11.5天后，非心肌細(xì)胞基本不會(huì)再發(fā)生向心肌細(xì)胞的轉(zhuǎn)分化。為了更加準(zhǔn)確的驗(yàn)證結(jié)論，科研人員還利用另外一個(gè)標(biāo)記成熟心肌細(xì)胞的基因敲入小鼠Myh6 IRES-Cre來(lái)替換掉轉(zhuǎn)基因Tnnt2-Cre小鼠，同樣的實(shí)驗(yàn)策略揭示，非心肌細(xì)胞向心肌細(xì)胞的轉(zhuǎn)化在胚胎發(fā)育的第11.5天后基本不再發(fā)生。同時(shí)，科研人員利用該雙同源重組技術(shù)揭示了在小鼠新生期穩(wěn)態(tài)及心尖切除損傷修復(fù)過(guò)程中，基本也不會(huì)發(fā)生非心肌細(xì)胞向心肌細(xì)胞的轉(zhuǎn)化，新形成的心肌細(xì)胞主要來(lái)源于之前已經(jīng)存在的心肌細(xì)胞。以上研究將為心肌細(xì)胞來(lái)源及再生醫(yī)學(xué)研究提供重要信息和研究思路。

 

        該研究工作是由博士后李燕等在周斌研究員的指導(dǎo)下完成。工作得到香港中文大學(xué)呂愛(ài)蘭教授等的大力支持，同時(shí)得到中科院、基金委、科技部、上海市科委、中國(guó)博士后基金等資助。

 

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