周斌組利用新示蹤技術揭示非肌肉細胞命運

責編丨迦 漵

心臟作為脊椎動物最重要的器官之一，主要功能是為血液流動提供動力。心臟發生心肌梗塞後造成心肌細胞大量死亡，心臟功能受到影響。成體心臟是否存在心肌幹細胞一直存在爭論，之前的研究利用傳統的遺傳譜系示蹤技術認為在成體心臟中存在心肌幹細胞，例如Kit+心肌幹細胞，Bmi1+心肌幹細胞，Scal1+心肌幹細胞，Islet+心肌幹細胞等，但由於這些心肌幹細胞的分子標記本身就表達於部分心肌細胞中，因此這些假設的心肌幹細胞向心肌細胞的分化潛能受到質疑。

遺傳譜系示蹤技術是揭示特定類型細胞在發育、疾病和再生中轉分化現象的有效研究方法。4月26日，Circulation在線發表了中科院生化與細胞研究所周斌研究組題為「Genetic Lineage Tracing of Non-myocyte Population by Dual Recombinases」的研究成果。該研究工作利用新建立的雙同源重組技術系統（該技術由周斌組開發，相關成果去年發表在Nature Medicine雜誌上，詳見BioArt過去的報道：周斌組創建更為精準的譜系示蹤技術丨Nature Medcine）揭示了在胚胎心臟發育、成體心臟穩態維持及損傷修復、成體骨骼肌穩態維持和損傷修復過程中，非肌肉細胞分化形成肌肉細胞的潛能。該研究成果有助於深入了解不同器官，或同一器官的不同發育階段，非肌肉細胞的轉分化作用，為肌肉的再生醫學研究提供新的思路。此外該技術並沒有依賴特定的幹細胞分子標記去研究組織中是否存在幹細胞向功能細胞（如肌肉細胞）分化過程。

在胚胎心臟發育早期，Isl1+的心肌幹細胞可以貢獻第二心區的心肌細胞，例如，心臟的流出道，右心室部分的心肌細胞，以及左心室和心房非常少量的心肌細胞均來自於Isl1+的心肌幹細胞。

研究人員利用雙同源重組技術特異性地對胚胎早期的非心肌細胞進行遺傳譜系示蹤發現，在胚胎心臟發育早期，非心肌細胞具有分化形成心肌細胞的能力，這些非心肌細胞可以貢獻形成第二心區的心肌細胞。在成體心臟的穩態維持過程中，研究人員利用雙同源重組技術對非肌肉細胞和肌肉細胞同時譜系示蹤發現，非肌肉細胞和肌肉細胞維持各自的細胞命運，非肌肉細胞不會轉分化形成肌肉細胞，而在成體心臟發生心肌梗塞後，造成心肌細胞大量死亡，心臟功能受損，但心臟中肌肉細胞和非肌肉細胞依然維持各自的細胞命運，非肌肉細胞不會轉分化形成肌肉細胞來彌補死亡的肌肉細胞，即成體心臟在穩態維持和損傷修復過程中都不會發生非肌肉細胞向肌肉細胞的轉分化。

骨骼肌在穩態維持過程中，肌纖維細胞與非肌肉細胞發生融合，肌纖維細胞處於多核狀態，而當對骨骼肌實施BaCl2（氯化鋇）損傷後，骨骼肌中肌纖維細胞大量死亡，但在骨骼肌的損傷修復過程中，研究人員發現骨骼肌中的非肌肉細胞可以轉分化形成肌纖維細胞，促進骨骼肌的損傷修復。以上研究成果將為肌肉的再生醫學提供理論基礎。

據悉，該研究工作是由博士生李燕，副研究員何靈娟等在周斌研究員的指導下完成。

說明：上述內容來源於生化所官網報道，BioArt轉載時略有改動。

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