当一个人心脏病发作且未能及时得到治疗时，缺氧会导致心肌细胞——心脏肌肉细胞——受损，并开始死亡。由于人类无法生长新的心肌细胞，这会导致心脏形成疤痕组织，从而阻止其有效泵血。然而，马克斯·德尔布吕克分子医学中心的一个研究团队最近的一项研究发现，斑马鱼可以再生细胞和器官——甚至包括心脏。
“我们想找出这种小鱼是如何做到这一点的，以及我们是否能从中学习，”简·菲利普·容克在一份新闻稿中说。容克和达妮埃拉·帕纳科娃——研究团队的负责人——模拟了斑马鱼心脏的心肌梗死损伤。根据这项现已发表在《自然遗传学》上的研究，研究人员利用单细胞分析和细胞谱系树追踪了心肌细胞的再生过程。
在显微镜下，研究人员用一根冰冷的针触碰斑马鱼的心脏。这根针立即对毫米大小的心脏造成了损伤，类似于人类心脏病发作。针会触发炎症反应，进而导致成纤维细胞——结缔组织细胞形成的疤痕。
“令人惊讶的是，对损伤的即时反应非常相似，”容克在一份新闻稿中说。“但在人类身上，这个过程就此停止了，而在鱼身上，它却继续进行。它们形成了能够收缩的新心肌细胞。”
研究团队利用单细胞基因组学，在受损心脏中寻找健康心脏中不存在的细胞。他们发现了三种处于激活状态的新型成纤维细胞。从外部看，这些成纤维细胞与其他细胞相同，但在内部，它们含有额外的基因，有助于形成蛋白质。例如，胶原蛋白12有助于结缔组织。
成纤维细胞为何重要
疤痕，或纤维化，通常是再生受损人类心脏的障碍。然而，受损斑马鱼心脏中的活性成纤维细胞可能是修复它的关键。为了证明这一点，帕纳科娃会操控基因，关闭斑马鱼心脏中表达胶原蛋白12的成纤维细胞。这导致了没有再生。据容克说，辅助修复的成纤维细胞是有意义的。
“毕竟，它们是在受伤部位形成的，”他在一份新闻稿中说。
通过一种名为LINNAEUS的技术创建细胞谱系树，研究人员确定了活性成纤维细胞的来源。LINNAEUS——由容克的实验室于2018年开发——专注于形成每个细胞起源的集体条形码的遗传疤痕。
“我们使用CRISPR-Cas9基因剪刀创建这个条形码。如果在受伤后，两个细胞具有相同的条形码序列，这意味着它们是相关的，”容克在一份新闻稿中解释道。根据新闻稿，确定了两个暂时激活的成纤维细胞来源。一个在心脏外层——心外膜——中，另一个在心脏内层——心内膜——中。然而，胶原蛋白12细胞只在心外膜中发现。
容克、帕纳科娃以及主要作者萨拉·莱莱克和巴斯蒂安·斯潘贾尔德希望，凭借他们综合的专业知识，他们能确定哺乳动物心脏，如小鼠和人类的心脏，是否缺乏心脏再生所需的信号。通过这项研究，有可能开发出可以帮助修复受损人类心脏的药物。
