Cell：蛋白CXCL12誘導側支動脈形成，促進心臟再生

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在一項新的研究中，來自美國斯坦福大學的研究人員在小鼠中揭示出一種蛋白促進向缺氧的心臟組織供血的小動脈生長。這些新動脈的生長可能有助於治癒心臟病發作引起的損傷，甚至有助於預防這種損傷。相關研究結果於2019年1月24日在線發表在Cell期刊上，論文標題為「A Unique Collateral Artery Development Program Promotes Neonatal Heart Regeneration」。論文通信作者為斯坦福大學的生物學副教授Kristy Red-Horse博士和心胸外科教授Joseph Woo博士。

在臨床實踐中，Woo觀察到給心臟供血的主要動脈發生阻塞的患者通常會產生截然不同的結果。Woo說，「一些患者在一條冠狀動脈發生堵塞後會死掉；其他的患者在多個區域發生多處動脈阻塞，但是能夠參加馬拉松比賽。」

Woo說，這兩組患者的不同之處可能在於是第二組患者有側支動脈（collateral artery），即繞過心臟中主要動脈發生的阻塞並給缺氧的心臟區域供血的微小動脈。這些側支動脈可能有益於患有動脈粥樣硬化的人或者從心臟病發作中恢復過來的人，只可惜側支動脈僅在少數患者中可見。

如今，Woo、Red-Horse及其同事們發現了這些側支動脈是如何形成的，並且還發現了一種促進它們在成年小鼠中生長的信號分子，這就為在人類患者誘導側支動脈生長提供了希望。

研究新生小鼠

這些研究人員首先研究了新生小鼠。Red-Horse說，「新生小鼠具有治癒受損心臟組織的強大能力，但是它們在成年時不再具備這種能力。理解其中的原因可能找到在成年人中促進心臟再生的方法。」

他們記錄了年輕小鼠中的這種癒合在部分上是由於新的側支動脈生長到受損的心臟區域。通過先進的讓他們在細胞水平上研究完整的新生心臟的成像技術，他們發現之所以會這樣是因為動脈內皮細胞離開動脈，沿著現有的延伸到受損心臟組織的毛細血管遷移，並經過重新組裝後形成側支動脈。

這些研究人員隨後研究了這些細胞如何知道這樣做。Red-Horse和Woo知道CXCL12分子是動脈細胞胚胎髮育過程中的重要信號，並且已被證實能夠改善心臟病發作後的心臟恢復和功能。他們想知道這種分子是否通過促進受損心臟組織中的側支動脈生長而產生有益作用。他們發現CXCL12主要限制於未受傷的新生小鼠心臟中的動脈內皮細胞。在遭受心臟損傷的新生小鼠中，它出現在受損心臟區域的毛細血管中。他們發現受損心臟區域中的低氧水平啟動表達CXCL12的基因，從而指示動脈內皮細胞應當遷移到這些區域。

在成年小鼠中測試CXCL12

他們接下來研究了CXCL12是否可能有助於成年心臟組織形成側支動脈。Red-Horse說，「我們的研究表明成年心臟不像新生小鼠在遭受心臟損傷後那樣形成側支動脈。」在誘導成年小鼠心臟病發作後，他們將CXCL12注射到受損心臟區域。果然，在遭受損傷15天後，脫落下來的遷移性動脈細胞形成了許多新的側支動脈。在對照小鼠中幾乎不存在新的側支動脈。

Woo說，「現在的問題是我們發現的這種機制是否能夠在治療上加以操縱以便在人類患者中產生側支動脈。」

參考文獻：

Soumyashree Das et el. A Unique Collateral Artery Development Program Promotes Neonatal Heart Regeneration. Cell, 2019, doi:10.1016/j.cell.2018.12.023.

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