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(xué)和匹茲堡大學(xué)醫(yī)學(xué)中心的科學(xué)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(xì)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(hù)器官免受與壓力相關(guān)（比如高血壓）的有害信號的傷害，但代價(jià)是阻止心臟細(xì)胞接收促進(jìn)再生的信號，即阻止成年心臟細(xì)胞的再生。

相關(guān)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(xué)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(xué)醫(yī)學(xué)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(yīng)對壓力的基本理解的重要進(jìn)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(jī)體提供氧氣以及養(yǎng)分，同時(shí)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(gè)機(jī)體產(chǎn)生不可逆的影響。

因此，理解心臟的發(fā)育機(jī)制對于預(yù)防和治療心臟相關(guān)的疾病至關(guān)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(fù)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(xì)胞經(jīng)過細(xì)胞分裂形成心肌。但當(dāng)心臟細(xì)胞在成年后成熟時(shí)，它們會進(jìn)入一種無法再分裂的終點(diǎn)狀態(tài)。

圖｜人類心臟各部分名稱。（來源：維基百科）

為了進(jìn)一步了解心臟細(xì)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(tuán)隊(duì)對小鼠的核孔進(jìn)行了觀察。核孔是鑲嵌在真核細(xì)胞細(xì)胞核核膜中的一種復(fù)合物，是細(xì)胞核與細(xì)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(hù)層，具有保護(hù)細(xì)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(jìn)入細(xì)胞核的通道。

為此，研究團(tuán)隊(duì)使用超分辨率顯微鏡觀察并統(tǒng)計(jì)了小鼠心臟細(xì)胞或心肌細(xì)胞的核孔數(shù)量。

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

圖｜心肌細(xì)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(tuán)隊(duì)驗(yàn)證了一種名為 Lamin b2 的基因?qū)π募〖?xì)胞再生的重要性，

這種基因在新生小鼠中表達(dá)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(dá)會導(dǎo)致核孔數(shù)量減少。核孔較少的小鼠減少了信號蛋白向細(xì)胞核的運(yùn)輸，并降低了基因表達(dá)，表明隨著年齡增長而減少的交流可能會使得心肌細(xì)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(jìn)入細(xì)胞核的信息通量。隨著心臟細(xì)胞的成熟和核孔的減少，到達(dá)細(xì)胞核的信息越來越少，”Kühn 解釋道。

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

為此，研究團(tuán)隊(duì)試圖使用高血壓小鼠模型來理解核孔是如何促進(jìn)這種重塑過程的。

他們發(fā)現(xiàn)，

小鼠被改造成表達(dá)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?yàn)檫@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