成體哺乳動(dòng)物心肌細(xì)胞增殖及其調(diào)控

劉秀秀,周 斌

(中國科學(xué)院中國科學(xué)院生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所中國科學(xué)院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心細(xì)胞生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海200031)

心臟作為哺乳動(dòng)物的肌肉泵,通過收縮向全身供血,在哺乳動(dòng)物的一生中發(fā)揮著極其重要的作用.心血管疾病是目前造成死亡人數(shù)較多的幾種疾病之一,盡管現(xiàn)代醫(yī)學(xué)已經(jīng)對這類疾病的治療有了很大的進(jìn)步,但是更深層次的治療策略需要依靠對生理基礎(chǔ)更進(jìn)一步的認(rèn)識(shí),其中心肌細(xì)胞的增殖一直是研究領(lǐng)域內(nèi)的熱門話題.

1 成體心臟心肌細(xì)胞增殖

最初,普遍認(rèn)為成體心臟中心肌作為一種終末分化徹底的細(xì)胞類型,基本不發(fā)生增殖[1-3],除非在發(fā)生損傷比如心肌梗死(myocardial infarction,MI)的情況下才會(huì)有增殖現(xiàn)象[3].由于心肌細(xì)胞普遍存在多核以及多倍體現(xiàn)象[2],單純的增殖分子標(biāo)記的染色很難推測出潛在的待分裂細(xì)胞.所以如何檢測細(xì)胞的增殖一直是困擾領(lǐng)域內(nèi)研究者的一大難題,直到2009年Bergmann等[4]巧妙地利用了同位素標(biāo)記(14C)這一經(jīng)典的生物學(xué)研究方法.該研究使用的方法學(xué)基礎(chǔ)是利用冷戰(zhàn)時(shí)核彈爆炸釋放到大氣中的14C,這些碳元素很快遍布全球并隨著摻入動(dòng)植物而摻入人體,因此人體在某個(gè)時(shí)間段內(nèi)產(chǎn)生的細(xì)胞的14C含量與當(dāng)時(shí)大氣中的14C含量是一致的.由于碳元素有著漫長的半衰期,人體內(nèi)細(xì)胞自產(chǎn)生到死亡,14C的含量是不變的,因此通過比對不同年份大氣的14C含量與不同細(xì)胞的14C含量就可以推測出該細(xì)胞的出生日期.已有研究得出人一生中約有50%的心肌細(xì)胞被替換為新的心肌細(xì)胞,而且越年輕的心肌細(xì)胞的更新速率越快——25歲時(shí)一年約更新1%,到了75歲一年約更新0.45%[4].后續(xù)的研究發(fā)現(xiàn),人體內(nèi)間質(zhì)細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞都以較高的年更新速率進(jìn)行更新?lián)Q代,只有心肌細(xì)胞基本處于低增殖的水平.但是3種細(xì)胞的更新?lián)Q代水平都隨著年齡的增長而降低[5].另有獨(dú)立的研究認(rèn)為,人心肌細(xì)胞在心肌梗死損傷后會(huì)出現(xiàn)增殖[6],而心肌細(xì)胞的平均壽命約8年,每年有13%左右的新心肌細(xì)胞生成[7].這些領(lǐng)域內(nèi)的開辟性發(fā)現(xiàn)為后續(xù)的研究提供了方法學(xué)以及最終結(jié)果的指導(dǎo).2012年,Steinhauser等[8]發(fā)展出利用穩(wěn)定的同位素對細(xì)胞進(jìn)行成像的多同位素成像質(zhì)譜(multi-isotope imaging mass spectrometry,MIMS)技術(shù),該技術(shù)可以在亞微米的分辨率下檢測穩(wěn)定同位素的摻入,這為后續(xù)利用同位素?fù)饺胄募〖?xì)胞進(jìn)行增殖研究提供了技術(shù)支持.利用15N的摻入,細(xì)胞內(nèi)較自然水平的15N∶14N(0.37%)比值若有升高,則說明細(xì)胞發(fā)生了DNA的復(fù)制.以此為基礎(chǔ)計(jì)算出成體小鼠一年大概有4.4%的心肌細(xì)胞發(fā)生了DNA的復(fù)制[9].成體心臟中心肌細(xì)胞的多核以及多倍體現(xiàn)象使同位素?fù)饺氲玫降慕Y(jié)果可能僅僅是DNA復(fù)制而不是細(xì)胞周期的完成,但是檢測發(fā)現(xiàn)15N+的心肌細(xì)胞相較15N-的心肌細(xì)胞具有更高比例的二倍體心肌細(xì)胞,說明15N+的心肌細(xì)胞雖然不是全部但是部分完成了完整的細(xì)胞周期.大量的統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示15N+的心肌細(xì)胞中有約17%為二倍體,若發(fā)生DNA復(fù)制后還維持了二倍體的核型則認(rèn)為母細(xì)胞發(fā)生了完全的細(xì)胞分裂,產(chǎn)生了一個(gè)新的心肌細(xì)胞,那么成體小鼠中一年大約有0.76%(4.4%×17%)的新的心肌細(xì)胞產(chǎn)生.

Bergmann等[4-5]和Senyo等[9]利用同位素?fù)饺?以研究DNA復(fù)制的方法研究人與小鼠這兩種代表性哺乳動(dòng)物成體后心肌細(xì)胞的增殖情況,為心肌細(xì)胞增殖領(lǐng)域的研究奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ).但是心肌細(xì)胞的多核和多倍體現(xiàn)象使得檢測到的信號(hào)存在一定的欺騙性,仍然有更進(jìn)一步的工作需要完成.

除了同位素?fù)饺氲难芯糠椒?過去的十幾年也見證了其他研究心肌細(xì)胞增殖方法的發(fā)展.早在2005年,Liqun Luo實(shí)驗(yàn)室[10]就發(fā)展出了一種利用染色體間的同源重組來標(biāo)記細(xì)胞的策略——mosaic analysis with double markers(MADM).在MADM小鼠的兩條染色體上,每條染色體包含一個(gè)被loxp位點(diǎn)隔斷的綠色熒光蛋白(green f l uorescent protein,GFP)的部分編碼區(qū)和紅色熒光蛋白(red f l uorescent protein,RFP)的部分編碼區(qū),另一條染色體上則包含被loxp隔斷的兩種熒光蛋白的剩余編碼區(qū),編碼區(qū)均按照N端到C端的順序排列.這一基于Cre同源重組酶識(shí)別loxp位點(diǎn)進(jìn)行同源重組的遺傳工具小鼠,在細(xì)胞周期的G2期細(xì)胞內(nèi)存在同源重組酶Cre的情況下,由于細(xì)胞內(nèi)的兩條染色單體在一定概率下會(huì)發(fā)生染色體間的同源重組,使得同種熒光蛋白的編碼序列重組到一條染色體上.在后續(xù)M期的染色體分配中,有一定概率重組后的僅包含單個(gè)熒光蛋白編碼基因的染色體被分配到兩個(gè)細(xì)胞中,這樣分裂過后的兩個(gè)子代細(xì)胞分別被標(biāo)記了綠色或者紅色熒光蛋白.也有一定概率僅包含單個(gè)熒光蛋白編碼基因的染色體被分到了同一個(gè)細(xì)胞中,那么細(xì)胞就同時(shí)表達(dá)綠色和紅色熒光蛋白.值得注意的是,如果細(xì)胞周期沒有完成而僅發(fā)生了DNA復(fù)制甚至細(xì)胞未發(fā)生DNA復(fù)制,則細(xì)胞都有一定概率發(fā)生同源重組,細(xì)胞也會(huì)同時(shí)表達(dá)綠色和紅色熒光蛋白,這在細(xì)胞分裂研究中是一個(gè)干擾的結(jié)果.因此Ali等[11]利用這一系統(tǒng)研究心肌細(xì)胞增殖時(shí),僅研究細(xì)胞中帶有單色熒光的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,發(fā)現(xiàn)新生的小鼠確實(shí)會(huì)出現(xiàn)單色的心肌細(xì)胞,但是大部分的心肌細(xì)胞是雙色標(biāo)記的,并且單色標(biāo)記的心肌細(xì)胞并不會(huì)出現(xiàn)數(shù)目較多的細(xì)胞克隆.這都表明即使在新生期,心肌細(xì)胞也僅僅具有有限的增殖能力.在成體心臟中,正常生理?xiàng)l件以及左前降支結(jié)扎的條件下,4周之內(nèi)心肌細(xì)胞基本不會(huì)出現(xiàn)單色標(biāo)記.但這并不能說明成體心肌細(xì)胞不再增殖,因?yàn)镸ADM系統(tǒng)存在較低的重組效率,可能會(huì)損失確實(shí)發(fā)生了心肌細(xì)胞增殖產(chǎn)生的單色重組信號(hào).2018年,同一實(shí)驗(yàn)室的Sereti等[12]利用Rainbow報(bào)告基因系統(tǒng)進(jìn)行克隆分析,在胚胎9.5、胚胎12.5、出生后當(dāng)天進(jìn)行標(biāo)記,在后續(xù)的不同時(shí)間點(diǎn)收樣顯示心肌細(xì)胞所形成的每個(gè)克隆隨標(biāo)記時(shí)間的后移,所包含的細(xì)胞數(shù)目變少,說明從胚胎期開始隨著小鼠慢慢長大,心肌細(xì)胞的增殖能力在逐漸減弱.這些小鼠早期的實(shí)驗(yàn)結(jié)果均提示在成體期小鼠心肌細(xì)胞增殖的極低概率,與之前同位素?fù)饺氲玫降慕Y(jié)論并不矛盾.

Reza實(shí)驗(yàn)室上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果的取得,得益于復(fù)雜的報(bào)告基因系統(tǒng).是否可以利用增殖的標(biāo)志蛋白驅(qū)動(dòng)重組酶表達(dá)來標(biāo)記細(xì)胞進(jìn)行譜系示蹤？Hans Clevers實(shí)驗(yàn)室對此問題進(jìn)行了嘗試[13-15].該實(shí)驗(yàn)室挑選了在細(xì)胞周期G1,S,G2,M期均存在表達(dá)的Ki67分子作為后續(xù)追蹤增殖信號(hào)的分子標(biāo)記,并在小腸這一增殖比較旺盛的組織中檢測發(fā)現(xiàn),Ki67直接驅(qū)動(dòng)報(bào)告基因(RFP)表達(dá)可以檢測到增殖信號(hào).為了進(jìn)行進(jìn)一步的譜系示蹤,Ki67IRES-CreERT2基因敲入小鼠應(yīng)運(yùn)而生,Basak等[14]首先在神經(jīng)干細(xì)胞領(lǐng)域研究了活躍神經(jīng)干細(xì)胞在穩(wěn)態(tài)和損傷情況下的增殖.近期研究表明,成體心臟中幾乎不具備可以轉(zhuǎn)變成心肌細(xì)胞的心臟干細(xì)胞[9,16-17],成體心臟中的心肌細(xì)胞基本由已經(jīng)存在的心肌細(xì)胞增殖而來[9].那么上述兩個(gè)遺傳工具便可以深入研究該領(lǐng)域的遺留問題,首先結(jié)合Ki67tgRFP與單細(xì)胞測序發(fā)現(xiàn)損傷情況下新生的小鼠心臟會(huì)出現(xiàn)增殖的心肌細(xì)胞,而成體的小鼠心臟在損傷情況下并不會(huì)出現(xiàn)增殖的心肌細(xì)胞信號(hào)[15].進(jìn)一步利用Ki67IRES-CreERT2基因敲入小鼠進(jìn)行譜系示蹤發(fā)現(xiàn),隨著時(shí)間的推移,小鼠的心肌細(xì)胞增殖能力越來越弱,與Reza實(shí)驗(yàn)室[12]的研究結(jié)果一致.在心肌梗死損傷后,譜系示蹤結(jié)果顯示非心肌細(xì)胞響應(yīng)MI的損傷進(jìn)行了增殖,但是在損傷區(qū)基本沒有發(fā)現(xiàn)被標(biāo)記的心肌細(xì)胞,損傷邊緣區(qū)、遠(yuǎn)離損傷區(qū)與未進(jìn)行損傷的對照組被標(biāo)記的心肌細(xì)胞數(shù)目基本無差異——4周之內(nèi)發(fā)生過Ki67表達(dá)的心肌細(xì)胞占總心肌細(xì)胞的0.1%左右[15].這說明生理狀態(tài)下心肌細(xì)胞以極緩慢的速度進(jìn)行增殖,并且這種增殖并不會(huì)因?yàn)楸恍募」Ｋ罁p傷刺激而變快.

值得注意的是,Ki67的表達(dá)貫穿整個(gè)細(xì)胞分裂周期,如果心肌細(xì)胞僅發(fā)生DNA復(fù)制或者發(fā)生后續(xù)的核分裂而不發(fā)生胞漿分裂,那么該細(xì)胞也會(huì)表達(dá)Ki67.因此,被熒光蛋白標(biāo)記的信號(hào)要大于真正發(fā)生細(xì)胞分裂的信號(hào),說明成體心臟中心肌細(xì)胞的增殖比例要比檢測到的更低.另一方面,目前使用的譜系示蹤存在技術(shù)上的局限,單次或者幾次他莫昔芬(tamoxifen)的注射很難捕捉到Ki67啟動(dòng)子還未活躍但是在追蹤的時(shí)間歷程中Ki67啟動(dòng)子活躍起來的細(xì)胞活動(dòng),在這一程度上,上述譜系示蹤技術(shù)又遺漏了真實(shí)的細(xì)胞增殖的信號(hào).在心肌細(xì)胞增殖領(lǐng)域捕捉真實(shí)的心肌細(xì)胞分裂仍然是一個(gè)值得進(jìn)一步研究的科研問題.

上述研究普遍認(rèn)為隨著小鼠年齡的增長,心肌細(xì)胞的增殖能力逐步降低.但是2014年,一項(xiàng)關(guān)于在青春期前小鼠心肌細(xì)胞增殖的研究引起了爭議[18].該研究認(rèn)為在小鼠青春期前的14天晚上到15天早上心肌細(xì)胞增殖顯著升高,并且這種增殖集中在左心室的心內(nèi)膜一側(cè).隨后另外兩篇報(bào)道提出異議[19-20],認(rèn)為在青春期前的這段時(shí)間心肌細(xì)胞的增殖基本是隨著時(shí)間的推移而下降的,不存在一天內(nèi)心肌細(xì)胞增殖速率顯著升高又顯著下降的現(xiàn)象.

2 成體心臟心肌細(xì)胞增殖的分子基礎(chǔ)

2.1 細(xì)胞周期相關(guān)基因

早在2004年,就有研究指出細(xì)胞周期蛋白Cyclin A2過表達(dá)會(huì)引起出生后的心肌細(xì)胞增殖升高[21].進(jìn)一步的探究表明,Cyclin A2過表達(dá)的轉(zhuǎn)基因小鼠在心肌梗死后相較于對照組野生型小鼠具有增強(qiáng)的心臟功能和較少的心肌損傷[22].Cyclin A2過表達(dá)促進(jìn)心肌增殖、降低心臟損傷的作用同樣適用于心肌梗死后的豬模型[23].利用腺病毒載體在損傷區(qū)原位注射過表達(dá)Cyclin A2的腺病毒可起到增強(qiáng)心臟功能、促進(jìn)心肌細(xì)胞增殖的作用.利用MADM分析系統(tǒng)[10],Mohamed等[24]發(fā)現(xiàn)組合型的細(xì)胞周期蛋白CDK1/CCNB/CDK4/CCND在體外和體內(nèi)均能引起心肌細(xì)胞的增殖,這種刺激心肌細(xì)胞增殖的組合可以被簡化為抑制Wee1與TGFβ信號(hào)通路同時(shí)組合周期蛋白CDK4/CCND.抑制細(xì)胞周期的p21的抑制基因——REST對于心臟再生中的心肌細(xì)胞增殖具有重要的促進(jìn)作用[25].

2.2 轉(zhuǎn)錄因子

Yap是Hippo信號(hào)通路的“明星”分子,在各種生物學(xué)功能中具有重要作用[26-27].Yap作為轉(zhuǎn)錄因子可以啟動(dòng)下游許多基因的表達(dá).通過敲除Hippo上游基因Salv可起到過表達(dá)Yap的效果,基因敲除(Yap過表達(dá))后小鼠心臟變大,而這種變大主要是由心肌細(xì)胞增殖升高引起的[28].另一方面,Yap敲除的小鼠表現(xiàn)出心臟變小,MI之后恢復(fù)變差的表型[29-30].在成體心臟中過表達(dá)持續(xù)激活的Yap會(huì)導(dǎo)致心臟心肌細(xì)胞持續(xù)增殖,心肌細(xì)胞數(shù)目變多,心室壁變厚[31].心肌細(xì)胞的這種變化是因?yàn)閅ap被激活的染色體打開了部分分子位置.其他轉(zhuǎn)錄因子如Tbx20[32],BRG1[33],ERBB2[34],ERBB4[35]均具有促進(jìn)心肌細(xì)胞增殖的作用.而Meis1[36]在心肌細(xì)胞中被敲除后對心肌細(xì)胞的增殖具有促進(jìn)作用.

2.3 微小RNA

微小RNA(microRNAs,miRNAs)作為一類長度為20～25個(gè)核苷酸的單鏈非編碼RNA,在體內(nèi)通過同源重組結(jié)合到信使RNA(messenger RNAs,mRNAs)的3’端非編碼區(qū)上進(jìn)行基因的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控[37-38].通過高通量的篩選結(jié)合進(jìn)一步的體外實(shí)驗(yàn)得出微小RNA hasmiR-590-3p與has-miR-199a-3p能夠引起出生后的心肌細(xì)胞增殖,而不引起心臟成纖維細(xì)胞的增殖,通過腺病毒載體過表達(dá)這兩種miRNA,成體心肌細(xì)胞的增殖也會(huì)升高,并且有助于提高M(jìn)I后的心臟功能[39-40].MiR99/100信號(hào)通路在心臟再生中從斑馬魚到小鼠是保守的,但是在損傷后無法自激活.外源表達(dá)該信號(hào)通路的基因使得成體心肌細(xì)胞在體外可以增殖[41].關(guān)于miRNA促進(jìn)心肌細(xì)胞增殖的研究從小動(dòng)物逐漸走向大動(dòng)物并且一步步在向人體接近.利用人源多能干細(xì)胞分化來的心肌細(xì)胞(human induced pluripotent stem cellsderived cardiomyocytes,hiPSC-CM)體外培養(yǎng)篩選出對人源心肌細(xì)胞體外增殖有促進(jìn)作用的miRNAs,發(fā)現(xiàn)這些miRNA大部分都作用于Hippo信號(hào)通路.抑制單個(gè)miRNA不足以影響心肌細(xì)胞的增殖,但是Yap在心肌增殖中有著不可或缺的作用[42].最近發(fā)表的一項(xiàng)研究將之前篩選出的miRNA——has-miR-199a利用腺病毒過表達(dá)到心肌梗死手術(shù)后的豬的心臟損傷區(qū),發(fā)現(xiàn)過表達(dá)之后豬心臟損傷區(qū)變小,心臟功能增強(qiáng),心肌細(xì)胞增殖升高[43].這為臨床治療心臟疾病提供了新思路,但是值得注意的是,在后期由于miRNA的表達(dá)不受控制,75%的實(shí)驗(yàn)豬死于突發(fā)性的心律不齊.

調(diào)控心肌細(xì)胞增殖的分子基礎(chǔ)千千萬萬,各有各的重要性.深入研究調(diào)控心肌細(xì)胞增殖的分子網(wǎng)絡(luò),有助于調(diào)控心臟再生,為心臟疾病的臨床治療提供借鑒.

3 成體心臟心肌細(xì)胞增殖與所在“環(huán)境”

3.1 低氧環(huán)境

在許多組織器官中,干細(xì)胞或者祖細(xì)胞多存在于由缺氧誘導(dǎo)因子1α(hypoxia-inducible factor 1 alpha,Hif-1α)所維持的低氧環(huán)境中[44-45].Kimura等[46]利用Hif-1α的氧依賴降解(oxygen-dependent degradation,ODD)域在正常氧含量下引導(dǎo)Hif-1α降解,而低氧含量下維持Hif-1α的蛋白穩(wěn)定的特性將ODD域融合到CreERT2的C端,那么正常氧含量下表達(dá)出的CreERT2被降解,低氧含量下的CreERT2被穩(wěn)定.當(dāng)他莫昔芬(tamoxifen)誘導(dǎo)時(shí),低氧環(huán)境中的CreERT2入核識(shí)別loxp位點(diǎn)標(biāo)記目的細(xì)胞.被標(biāo)記的心肌細(xì)胞展現(xiàn)出增殖心肌細(xì)胞的特性,而且在整個(gè)心臟上分布于靠近心內(nèi)膜以及心內(nèi)膜心外膜之間的區(qū)域,在心外膜一側(cè)分布較少[46].

心臟內(nèi)部的低氧環(huán)境孕育出一批具有增殖特性的心肌細(xì)胞,外部環(huán)境的低氧是否也能誘導(dǎo)出增殖心肌細(xì)胞？答案是可以的.將成體小鼠的飼養(yǎng)環(huán)境氧含量在2周內(nèi)緩慢降低到7%并維持兩周,發(fā)現(xiàn)心肌細(xì)胞的DNA損傷減少,心肌細(xì)胞數(shù)目增多,心臟變大,并且損傷后恢復(fù)更好[47-48].

低氧是許多再生器官的一個(gè)共同特征,雖然生物體不能忍受長時(shí)間的低氧,但是短時(shí)間的低氧能夠引起部分心肌細(xì)胞重新進(jìn)入細(xì)胞周期進(jìn)行增殖,這給心臟再生研究領(lǐng)域提供了新的思路.

3.2 孕期

已有研究發(fā)現(xiàn)懷孕后的母鼠心肌細(xì)胞增殖變快[49],而這種增殖變快是通過血液中含量上升的調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(regulatory T cell,Treg)引起的,殺死血液中的Treg后心肌細(xì)胞增殖變緩.Treg細(xì)胞作為一種抗炎細(xì)胞因子[50],在孕期母體血液中上調(diào)Treg水平可促進(jìn)對胎兒的免疫耐受[51].

免疫系統(tǒng)遍布全身且有許多值得挖掘的問題,免疫系統(tǒng)的加入使心肌細(xì)胞增殖領(lǐng)域的研究更加全面.

3.3 運(yùn)動(dòng)

運(yùn)動(dòng)作為一種健康的生活方式被認(rèn)為可以有效防治多種心血管疾病[52],并且可以通過多種細(xì)胞和分子機(jī)制促進(jìn)心臟再生[53].Vujic等[54]利用2012年Steinhauser等[8]使用的檢測增殖技術(shù)檢測到當(dāng)小鼠每天在轉(zhuǎn)輪上運(yùn)動(dòng)5.6 km左右,并持續(xù)運(yùn)動(dòng)8周,心肌細(xì)胞的增殖速率變快.8周內(nèi)利用同位素?fù)饺霗z測到15N+心肌細(xì)胞的概率由正?；顒?dòng)小鼠的1.24%上調(diào)到運(yùn)動(dòng)小鼠的3.62%,并且運(yùn)動(dòng)小鼠的15N+心肌細(xì)胞的單核二倍體心肌細(xì)胞數(shù)目增多[54].在此之前也有研究表明,游泳可以促進(jìn)心肌細(xì)胞數(shù)目的增多[55].運(yùn)動(dòng)促進(jìn)心肌細(xì)胞的增殖研究目前基本停留在現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)階段,仍需要結(jié)合分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行進(jìn)一步的研究.

3.4 周邊細(xì)胞衰老的微環(huán)境

細(xì)胞衰老在生理以及病理?xiàng)l件下均起重要作用[56],進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)瞬時(shí)的細(xì)胞衰老促進(jìn)發(fā)育與再生[57-58].最近“背靠背”的兩項(xiàng)研究認(rèn)為,新生期心臟損傷過程中出現(xiàn)的衰老的成纖維細(xì)胞促進(jìn)了心臟修復(fù)過程中心肌細(xì)胞的增殖[59-60].這兩項(xiàng)研究也為后續(xù)成體期心臟損傷修復(fù)中心肌細(xì)胞增殖的研究開辟了新思路.

4 從心肌細(xì)胞自身出發(fā)探究細(xì)胞增殖

細(xì)胞內(nèi)含有兩套同源染色體被稱為二倍體,當(dāng)細(xì)胞內(nèi)染色體多于這個(gè)數(shù)量時(shí),無論是分布在一個(gè)核內(nèi)還是分布在幾個(gè)核內(nèi)都被稱為多倍體[61].多倍體在不同組織器官中對于增殖的作用不同,多倍體的肝臟細(xì)胞就貢獻(xiàn)到肝臟的增殖中[62].那么,在心臟心肌細(xì)胞中多倍體起什么作用呢？

經(jīng)常與不同物種心臟的高再生與低再生能力聯(lián)系在一起的就是心肌細(xì)胞不同的DNA含量[35,63-64],更具體一些,低再生能力的心臟含有大部分的多倍體心肌細(xì)胞[65].斑馬魚作為擁有高再生能力心臟的物種,心肌細(xì)胞絕大多數(shù)為二倍體.Gonzalez-Rosa等[66]利用遺傳學(xué)方法將斑馬魚心臟中部分心肌細(xì)胞變?yōu)槎啾扼w,通過鑲嵌分析發(fā)現(xiàn)心肌的多倍體化阻礙了心肌細(xì)胞的增殖與心臟再生.進(jìn)一步對多個(gè)物種進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)是甲狀腺激素上調(diào)調(diào)節(jié)體溫代謝的同時(shí)誘導(dǎo)了心肌細(xì)胞的多倍體化,使得哺乳動(dòng)物的心肌細(xì)胞增殖能力降低[67].

哺乳動(dòng)物心肌細(xì)胞的多倍體化是一個(gè)在成體前就完成的歷程[20],基本無法在成體心肌細(xì)胞中將細(xì)胞去多倍體化,因此進(jìn)一步研究心肌細(xì)胞多倍體以及抑制其增殖的機(jī)制才有可能將這一發(fā)現(xiàn)向臨床治療上推進(jìn).

有學(xué)者認(rèn)為心肌細(xì)胞的肌節(jié)結(jié)構(gòu)阻礙了細(xì)胞分裂[68],也有學(xué)者認(rèn)為心肌細(xì)胞的代謝狀態(tài)可能利用氧化磷酸化抑制心肌細(xì)胞的增殖[48].

5 結(jié)束語

哺乳動(dòng)物成體心臟中已被證實(shí)基本無干細(xì)胞可以轉(zhuǎn)分化為心肌細(xì)胞[17],因此心臟受損傷之后的修復(fù)基本靠心肌細(xì)胞自我增殖完成.已有研究已證明哺乳動(dòng)物心肌細(xì)胞以一定緩慢的比例更新?lián)Q代[4-5,9],但不同的方法或不同實(shí)驗(yàn)室得出的結(jié)論存在差異,研究出領(lǐng)域內(nèi)具有金標(biāo)準(zhǔn)的心肌細(xì)胞更新速率仍然是值得進(jìn)一步研究的課題.雖有大量研究探索影響心肌細(xì)胞增殖的具體機(jī)制,但如何調(diào)控心肌細(xì)胞增殖仍然是一個(gè)值得深入研究的領(lǐng)域.完全成熟的心肌細(xì)胞與較強(qiáng)的增殖能力之間有著難以逾越的鴻溝,通過關(guān)注靶向多個(gè)靶點(diǎn)與信號(hào)通路的分子可能實(shí)現(xiàn)心臟心肌細(xì)胞增殖與心臟再生.