科学家揭开斑马鱼心脏自愈奥秘,有望彻底革新心脏病治疗的 “游戏规则”

2021-04-16 16:48:32 DeepTech深科技

你见过这种鱼吗?

鱼头小而且尖,鱼身小巧玲珑形似纺锤,身上像斑马一样,布满了一条条金黄色、深蓝色相间的纵纹,经常成群结队地在水箱中游动,几乎终日不停。

图 | 斑马鱼(来源:Victor Chang 心脏研究所)

这就是斑马鱼,俗称 “花条鱼”、“蓝条鱼”,原产于喜马拉雅山南麓的印度、巴基斯坦、孟加拉和尼泊尔等南亚国家。

相关资料显示,这种热带鱼与人体基因存在高度相似性,且胚胎呈现为透明状,所以生物学家很容易观察到药物对其体内器官的影响,而且这种鱼产卵数量较多,雌性斑马鱼可产卵 200 枚,胚胎在 24 小时内就可发育成形,这使得生物学家可以在同一代鱼身上进行不同的实验,进而研究病理演化过程并找到病因。

此前,国内外科学家团队已经围绕斑马鱼进行了系列研究,并将其作为模式生物,试图破解神经、免疫、心血管等生命体系统的发育及肢体再生、听觉、视觉修复等一系列突破性难题。

例如华盛顿大学西雅图分校的一个研究团队通过研究斑马鱼体内的毛细胞受损伤后可再生的奥秘,从而实现人类毛细胞再生以及免受损伤的目的。德国康斯坦茨大学贝格曼研究小组则投入 30 年的时间,找到了斑马鱼强大的肢体再生能力背后的奥秘所在 —— 视黄酸。

近日,来自悉尼 Victor Chang 心脏研究所的科学家团队宣布在斑马鱼上获得了新的研究发现。该研究论文已在《科学》杂志上发表,论文标题为《KLf1 因子是斑马鱼核心心肌生成触发器》(Krüppel-like factor 1 is a core cardiomyogenic trigger in zebrafish),他们报告了一种新的基因开关,可以帮助人类在心脏骤停后进行受损的心肌修复。

众所周知,斑马鱼能够做到自我治愈心脏损伤,但直到现在,人们仍然无法确定这种动物究竟是如何完成这一令人难以置信的 “壮举” 的。

“我们的研究已经确定了这种动物在心脏受伤后,心肌细胞分裂和繁殖的秘密开关。” 参与该研究的 Kazu Kikuchi 博士表示。

图 | Kazu Kikuchi(来源:Victor Chang 心脏研究所)

他们在斑马鱼身上发现了一种基因开关,在心脏病发作后,这种开关会自行启动,让细胞进行快速分裂与繁殖,促进受损心肌的完全再生和愈合,在心脏完全愈合后,此开关会再次自动关闭。

这种关键基因名为 KLF1,此前只在红细胞中识别出来过,这次的研究发现首次揭示出其在修复受损心脏方面所起到的至关重要的作用。该基因的工作原理是使未受伤的心肌细胞变得更加不成熟,并使其代谢线路发生改变,从而促使它们能够进行分裂并产生新的细胞。

他们发现,当移除这个基因后,斑马鱼的心脏在受到损伤后,就无法再进行自我修复,这从另一方面印证了,这个基因的确是心脏自我修复时一个非常重要的工具。

该研究团队表示,这种斑马鱼与人类共享超过 70% 的基因,这意味着,这种基因也可能在人类心脏中起到开关的作用。因此,在人类受损心肌无法完成自我更新与治愈的情况下,这一发现很可能改变以往的心脏病治疗的 “游戏规则”,促进新药的开发,从而可能拯救更多的生命。

“研究小组已经找到了这种极其重要的蛋白质,并明确这种蛋白质在心脏病发作等意外发生后会发挥作用,增强细胞的能量,从而修复受损的心肌,这是一个堪称惊人的发现。” 该研究所分子心脏病学和生物物理学部门的负责人 Bob Graham 教授表示。

尤其重要的是,他们发现在心脏的早期发育中 KLF1 基因并不会发挥任何作用,只有在心脏受伤后,其独具的再生特性才会开启。

Bob Graham 指出,此前关于心脏损伤后的再生与心脏发育过程中的机制是否一样这一问题的争论已经持续了很多年,而这项研究则提供了有力的证据,充分表明了这两种过程截然不同,途径也完全不同。

据悉,团队接下来会进一步开展相关研究,以全面了解与掌握 KLf1 基因的功能,并以此为线索,真正实现开启人类心脏再生的目的,同时提高心脏向全身泵血的能力。

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参考:

https://medicalxpress.com/news/2021-04-discovery-uncovers-secret-revolutionize-heart.html

https://www.lascn.com/Item/15914.aspx

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