科學家將非搏動性人類細胞轉變成為心肌細胞

這是心肌細胞的一幅3維圖像，該心肌細胞是通過一個叫做直接重新編程的過程從成纖維細胞轉變而來的。直接重新編程使得一種類型的細胞能夠在無需首先轉變成一個干細胞的情況下轉變成為另外一種類型的細胞。

Srivastava博士及其團隊發現了可將人的成纖維細胞轉變成為心肌細胞的基因組合。

　　2013年8月22日——加州，舊金山 — 心肌梗塞之后，受到影響最大的區域內的細胞會停止運作。它們停止搏動。且它們被埋在疤痕組織之內。但現在，格萊斯頓研究所(Gladstone Institutes)的科學家們已經證明，這種損害并不一定是永久性的，因為研究人員發現了一種能將形成人類疤痕組織的一類細胞轉變成為酷似會搏動的心臟細胞的方法。

　　去年，這些科學家在活體小鼠中將形成疤痕的心臟細胞——它們是一類叫做“成纖維細胞”的細胞——轉變成為會搏動的心肌細胞。在最近一期的《干細胞報告》中，格萊斯頓心血管實驗室的研究人員及干細胞研究負責人Deepak Srivastava, MD.披露，他們在培養皿中對人類細胞做了同樣的研究工作。

　　Srivastava博士是加州大學舊金山分校的教授，而格萊斯頓研究所則附屬于加州大學舊金山分校，Srivastava博士說：“大約50%的心臟細胞是成纖維細胞，因此它們代表了一個巨大的細胞群，這個細胞群在未來可被利用并重新編程以制造出新的心肌。我們在這個研究中的發現可證明一個概念，即人類成纖維細胞可被成功地重新編程進而成為會搏動的心臟細胞。”

　　2012年，Srivastava博士與他的團隊在《自然》雜志中報告說，通過給由于心肌梗塞而受到損害的活體小鼠的心臟注射3種統稱為GMT的基因，成纖維細胞就可被重新編程進而成為會搏動的心臟細胞。他們推論同樣的3種基因也會對人類細胞有相同的作用。但對來自3個來源——即胎兒心臟細胞、胚胎干細胞及新生兒皮膚細胞——的人類成纖維細胞所做的最初的實驗顯示，僅僅GMT的組合還不夠。

　　這項研究的主要作者Ji-dong Fu, PhD.是來自格萊斯頓研究所的一位科學家，他說：“當我們將GMT分別注射到這3種人類成纖維細胞中時，什么都沒有發生——它們根本沒有發生轉變——因此我們只得回到最初的步驟來尋找可幫助啟動該轉變的其它基因。我們將搜尋范圍縮小到只有16個可能的基因，我們接著對其與GMT一起進行了篩檢，試圖找到正確的組合。”

　　該研究小組首先將所有的候選基因都注射到了人的成纖維細胞內。他們接著系統性地去除每一種基因以觀察哪個基因是重新編程所必須的，哪些是不必要的。最終，該小組發現，注射一個5種基因的混合物——即3基因的GMT混合加上ESRRG基因和MESP1基因——便足以將這些成纖維細胞重新編程進而成為心臟樣細胞。他們接著發現，在加入另外2個基因——叫做MYOCD和ZFPM2——時，該轉變甚至變得更加徹底。為了達到預期的效果，該小組在重新編程的早期階段啟動了一個叫做TGF- ? 信號傳導通路的化學反應，而這又進一步提高了重新編程的成功率。

　　Fu博士說：“在我們的研究中，雖然幾乎所有的細胞都至少展示出了某種部分性的轉變，但能夠傳輸電信號—— 這是會搏動的心臟細胞的一個關鍵性的特征——的細胞大約有20%。顯然，還有一些尚待確定的障礙阻止了許多細胞進行更徹底的轉變。舉例而言，在活體心臟內而不是在培養皿中來轉變這些成纖維細胞，其成功率可能被提高——這也是我們在最初的小鼠試驗中所觀察到的現象。”

　　下一步立刻要采取的步驟是在諸如豬等較大的哺乳動物的心臟中測試該5個基因的混合物。最后，該研究小組希望研發出一個小型的藥物樣分子的組合來取代該混合物，從而提供一種更安全更方便的給藥方法。

　　Srivastava博士補充說：“美國有超過5百萬名心肌梗塞的幸存者，這些人的心臟沒有能力進行充分地搏動，我們的發現——加上我們的同事在最近發表的研究結果——正是在一個關鍵性的時刻得出的。我們現在已經為研發一種可逆轉該損傷的方法——這在過去被認為是不可能做到的——并為將來改變醫生治療心肌梗塞的方法打下了一個堅實的基礎。”

　　在格萊斯頓研究所參與這項研究的其他科學家包括Nicole Stone、Lei Liu、Ian Spencer, PhD.、Li Qian, PhD.、Yohei Hayashi, PhD.、Paul Delgado-Olguin, PhD.、Sheng Ding, PhD.及 Benoit Bruneau, PhD.。這項研究得到了國立心、肺及血液研究所、加州再生醫學研究所、Younger家族基金會、Roddenberry基金會、L. K. Whittier基金會、美國心臟協會、全國研究資源中心及國家科學基金會的支持。

　　關于格萊斯頓研究所格萊斯頓研究所是一個致力于加快科學發現及創新步伐以預防、治療及治愈心血管、病毒及神經系統疾病的獨立且非營利的生物醫學研究組織。格萊斯頓研究所附屬于加州大學舊金山分校。