心肌梗死是臨床上常見的心血管疾病，具有極高的致死、致殘率。其病因主要是給心臟供血的冠狀動脈發生梗阻后，導致大片心肌細胞死亡，而死亡的心肌細胞基本無法再生。為治療心肌梗死，醫學領域逐漸形成兩條研究思路，即產生新的血管以增加心臟供血和直接產生新的心肌細胞。那么，它們在體內來源于哪里，又是如何產生的？
圍繞這些科學問題，在國家自然科學基金重大研究計劃“血管穩態與重構的調控機制”支持下，中國科學院分子細胞科學卓越創新中心研究員周斌帶領團隊開發了多種遺傳示蹤工具，對心血管細胞的發育起源進行了探索，取得一系列重要進展。
周斌介紹，目前研究細胞命運主要采用“細胞示蹤技術”，其原理是通過遺傳改造在某種細胞中表達一種來自噬菌體的Cre重組酶。Cre酶可以特異性識別一段DNA序列（即loxP位點）發生同源重組反應，從而實現對特定細胞的遺傳標記。由于這種標記是在DNA水平上，所以無論被標記的細胞是否發生命運變化，這種標記都是永久性的。
“有了這一工具，我們就可以研究冠狀血管或心肌細胞的來源，觀察體內細胞的分化或增殖過程。”周斌表示。
傳統觀點認為，胚胎時期冠狀動脈已經形成，而出生后的冠狀動脈是由胚胎早期形成的冠狀動脈擴增而來。利用新的細胞示蹤技術，周斌團隊發現，出生后很大一部分冠狀動脈由心內膜細胞分化而來，這提示心內膜細胞是心梗后血管再生治療的潛在靶點。這項工作于2014年發表在《科學》上，并入選2014年中國科學十大進展。
該團隊的另一項工作圍繞長期存在的心臟干細胞爭議展開。他們發現，哈佛大學醫學院Piero Anversa團隊曾報道c-Kit+干細胞能形成心肌細胞的證據存疑。“在體內，c-Kit+不僅在干細胞中表達，也在少量心肌細胞中表達，這可能導致示蹤結果出現假陽性。”周斌說。
該團隊利用新重組酶Dre，結合Cre-loxP建立雙重組酶系統，實現體內細胞的精準示蹤，解決了造成假陽性的非特異性標記問題。由此，他們嚴謹地證明了成體哺乳動物體內新的心肌細胞是由原有的心肌細胞增殖而來，而不是由心臟干細胞分化而來。這項工作2018年發表在《循環》上，解決了心臟干細胞研究近20年的重大爭議問題，為心血管領域開辟了新的研究方向。
該團隊還發展了雙重組酶介導的細胞增殖示蹤技術、創立鄰近細胞示蹤技術等。其系統性研究工作突破了細胞示蹤技術的時空精度極限，實現了對血管穩態與重構理論的精準認知。
哺乳動物小鼠冠狀動脈有兩個不同的發育起源（研究團隊供圖）