心肌细胞在心脏再生过程中改变能量来源

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科学杂志上eLife在4^th2月。

心脏病发作是西方世界常见的死亡原因。在一次心心脏病发作时，冠状动脉被阻塞，导致心脏氧气和营养物质的减少肌肉细胞由这条动脉供应。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，并被永久性的疤痕所取代，以愈合损伤。瘢痕虽然有利于稳定受伤心脏，但功能不全，会导致患者心功能丧失。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。

边界区域

尽管哺乳动物，如人类，在受伤后无法用功能性肌肉细胞修复心脏，但其他几种动物却有非凡的能力，可以通过一种称为再生的过程来修复心脏。其中一个物种是斑马鱼。因为没有干细胞存在于心脏中可以补充心肌细胞的斑马鱼使用另一种策略来恢复心脏功能。在靠近损伤部位的区域(所谓的边界区)存活下来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。斑马鱼是如何做到这一点的，在很大程度上仍然未知，但它有很大的潜力来帮助心脏病发作后的人类心脏再生。

新陈代谢

为了更多地了解斑马鱼心脏成功再生的过程，研究人员对边缘地带的心肌细胞使用了一种叫做单细胞RNA测序的技术。通过这项技术，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。基因的活性告诉研究人员，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，开始分裂的边缘地带的心肌细胞与胚胎心肌细胞非常相似。

Hessel Honkoop (Hubrecht研究所)说:“边界地带的心肌细胞和远离损伤的其他心肌细胞之间的一个显著区别是，它们完全改变了新陈代谢。”边缘地带的心肌细胞不使用脂肪酸作为主要能量来源，而是依靠糖，通过一种称为糖酵解的途径，为细胞分裂产生能量和构建模块。这种能量来源的转换对心脏再生非常重要，因为阻断糖酵解严重损害了心肌细胞分裂的能力。

心肌细胞的分裂

为了研究这一发现如何最终为患者带来益处，研究人员研究了这种代谢转换的机制。他们发现，蛋白质Nrg1和ErbB2参与的信号通路可以诱导斑马鱼心脏再生过程中的代谢转换。增加这些蛋白质的活性会刺激斑马鱼和小鼠的心肌细胞分裂，即使心脏没有损伤。研究人员注意到，Nrg1和ErbB2在小鼠体内诱导的细胞分裂增加，伴随着他们在斑马鱼心脏再生过程中发现的相同代谢开关。

“然后我们阻断了分裂小鼠的这种代谢开关心肌细胞这是由Nrg1和ErbB2诱导的，”Honkoop说。“当我们看到这也阻止了这些未受伤小鼠心脏的分裂肌肉细胞我们意识到，我们从斑马鱼身上获得的知识对其他物种来说是普遍的。”因此，研究人员表明斑马鱼这是一个有价值的工具，可以更好地理解心脏再生，新陈代谢的变化在这个过程中起着重要的作用。需要更多的研究来证明诱导这种代谢转换到糖酵解是否有助于恢复心脏病患者的心脏功能心脏病．

---

---