天天动态:心肌细胞在心脏再生过程中改变它们的能量来源

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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改变了它们的新陈代谢，即它们产生能量的方式。与人类心脏相反，斑马鱼的心脏在受伤后可以再生。研究斑马鱼心脏的再生机制可能有助于更好地理解为什么人类心脏不能再生，并在未来找到刺激人类心脏病发作后再生的方法。这项研究的结果发表在2 月4日的科学杂志eLife上。

心脏病发作是西方世界的常见死因。在心脏病发作期间，冠状动脉被阻塞，导致由该动脉供应的心肌 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，并被永久性疤痕取代以治愈损伤。疤痕虽然有利于受伤心脏的稳定，但功能失调，会导致患者心脏功能丧失。这会导致受影响患者的生活质量下降，并使他们更有可能死于心力衰竭。

尽管哺乳动物(例如人类)在受伤后无法用功能性肌肉细胞修复心脏，但其他几种动物物种具有通过称为再生的过程来做到这一点的非凡能力。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，斑马鱼使用替代策略来恢复心脏功能。靠近受伤部位的区域(所谓的边界区)中幸存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分，在受伤后 3-6 个月内取代最初形成的疤痕。斑马鱼是如何实现这一目标的仍然很大程度上未知，但它具有帮助心脏病发作后人类心脏再生的巨大潜力。

斑马鱼心脏边界区糖酵解基因(蓝色)的活性。心脏受伤区域的疤痕可见，细胞下方的致密区域被染成蓝色，而健康的心肌细胞位于被染成蓝色的细胞上方。图片来源：Hessel Honkoop 和 Fabian Kruse，©Hubrecht Institute

代谢

为了更多地了解斑马鱼心脏成功再生的潜在过程，研究人员对边缘区域的心肌细胞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动。基因的活动告诉研究人员在这些单个细胞中发生了哪些过程，使它们能够分裂，从而产生新的心肌细胞。研究人员发现，边缘区开始分裂的心肌细胞与胚胎心肌细胞非常相似。

Hessel Honkoop(Hubrecht 研究所)说：“边界区心肌细胞与远离损伤的其他心肌细胞之间的一个显着差异是它们的新陈代谢完全改变了。” 边界区心肌细胞没有使用脂肪酸作为主要能量来源，而是依靠糖在一种称为糖酵解的途径中为细胞分裂产生能量和构建模块。事实证明，这种能量来源的转变对心脏再生非常重要，因为阻断糖酵解会严重损害心肌细胞的分裂能力。

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