為什么斑馬魚可以再生受損的心臟組織而其他魚類卻不能

心臟病發(fā)作會在人類心臟上留下永久性疤痕，但其他動(dòng)物，包括一些魚類和兩棲動(dòng)物，可以清除心臟疤痕組織并在成年后再生受損的肌肉。

科學(xué)家們一直試圖弄清楚特殊力量是如何發(fā)揮作用的，希望能夠推進(jìn)對人類心臟病患者的治療，但魚類和哺乳動(dòng)物之間巨大的生理差異使此類研究變得困難。

因此，由助理教授杰米·加格農(nóng)(JamieGagnon)領(lǐng)導(dǎo)的猶他大學(xué)生物學(xué)家通過比較兩種魚類來解決這個(gè)問題：可以再生心臟的斑馬魚和不能再生心臟的青鳉魚。

兩條魚的故事

根據(jù)發(fā)表在BiologyOpen上的研究，該團(tuán)隊(duì)針對斑馬魚如何修復(fù)心臟組織確定了一些可能的解釋，主要與免疫系統(tǒng)有關(guān)。

加格農(nóng)實(shí)驗(yàn)室的博士后研究員、該研究的主要作者克萊頓·凱里(ClaytonCarey)表示：“我們認(rèn)為，通過比較這兩種具有相似心臟形態(tài)和生活在相似棲息地的魚類，我們可能有更好的機(jī)會真正找到主要差異。”新的研究。

加格農(nóng)的團(tuán)隊(duì)目前還無法解開這個(gè)謎團(tuán)，但他們的研究為斑馬魚心臟再生中發(fā)揮作用的分子和細(xì)胞機(jī)制提供了新的線索。

加格農(nóng)說：“它告訴我們這兩顆看起來非常相似的心臟實(shí)際上非常不同。”

射線鰭魚、斑馬魚(Daniorerio)和青鳉魚(Oryziaslatipes)這兩種硬骨魚家族的成員都是生活在數(shù)百萬年前的共同祖先的后裔。兩者都長約1.5英寸，生活在淡水中，并配有雙室心臟。青鳉魚原產(chǎn)于日本，斑馬魚原產(chǎn)于恒河流域。

根據(jù)這項(xiàng)研究，不可再生魚類的存在提供了一個(gè)機(jī)會來對比對損傷的不同反應(yīng)，以確定再生物種獨(dú)特的細(xì)胞特征。加格農(nóng)懷疑心臟再生是所有硬骨魚共有的祖先特征。

了解導(dǎo)致某些硬骨魚物種喪失這種能力的進(jìn)化路徑，可以為為什么哺乳動(dòng)物不能再生為成年提供類似的見解。

憑借其獨(dú)特的水平條紋，斑馬魚在美國長期以來一直作為寵物流行。20世紀(jì)70年代，斑馬魚被生物學(xué)家視為研究脊椎動(dòng)物胚胎發(fā)育的模式生物。

科學(xué)家喜歡斑馬魚，因?yàn)樗鼈兛梢栽趯?shí)驗(yàn)室中快速繁殖數(shù)千只，易于研究，并且被證明非常頑強(qiáng)。

猶他大學(xué)用于研究的斑馬魚。圖片來源：BrianMaffly，猶他大學(xué)

冷徹心扉

為了進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，加格農(nóng)實(shí)驗(yàn)室使用了一種名為冷凍探針的裝置，以模仿人類心臟病發(fā)作的方式傷害魚的心臟，然后在一定時(shí)間范圍后提取心臟，以了解這兩個(gè)物種的不同反應(yīng)。

凱里用一根銅線制成了冷凍探針，并在液氮中冷卻至約-170攝氏度。團(tuán)隊(duì)成員在魚的腹部切開微小切口以暴露心臟，然后將探針應(yīng)用于心臟邊緣23秒。

在95%的情況下，魚在手術(shù)中存活下來，盡管時(shí)間不長。三天或十四天后，提取它們的心臟并溶解到單細(xì)胞溶液中，然后進(jìn)行RNA測序，尋找表明魚如何對損傷做出反應(yīng)的標(biāo)記。

凱里說：“斑馬魚具有這種在病毒感染期間可能看到的典型免疫反應(yīng)，稱為干擾素反應(yīng)。”“青鳉魚完全沒有這種反應(yīng)。”

該研究記錄了免疫細(xì)胞募集和行為、心外膜和內(nèi)皮細(xì)胞信號傳導(dǎo)以及心臟結(jié)構(gòu)和組成的變化的差異。例如，青鳉缺乏斑馬魚中存在的某種類型的肌肉細(xì)胞。

斑馬魚如何治愈受損的心臟組織

加格農(nóng)說：“我的預(yù)感是，所有動(dòng)物的祖先都可以在受傷后再生心臟，但不同類型的動(dòng)物卻一再喪失了這種能力。”“我想知道為什么。為什么你會失去這個(gè)讓你的心臟在受傷后再生的偉大功能呢?”

研究表明，斑馬魚的再生能力與其免疫系統(tǒng)有關(guān)，但要確切了解其再生能力還需要更多研究。例如，斑馬魚中遷移到傷口部位的巨噬細(xì)胞(一種特殊的免疫細(xì)胞)比青鳉魚中多得多。

與青鳉不同，斑馬魚會形成短暫的疤痕，不會鈣化成堅(jiān)硬的組織。

加格農(nóng)說：“重要的是你如何處理這道傷疤。”“我們認(rèn)為干擾素反應(yīng)會導(dǎo)致這些專門的巨噬細(xì)胞進(jìn)入傷口部位并開始促進(jìn)新血管的生長。”

隨著時(shí)間的推移，新的肌肉會取代受損的心臟組織，心臟就會愈合。

加格農(nóng)說：“我們對動(dòng)物如何再生組織、我們和其他動(dòng)物如何失去這些特征了解得越多，這將幫助我們思考我們的局限性，以及我們?nèi)绾卧O(shè)計(jì)策略來幫助我們克服這些局限性。”

“我們的希望是，我們在動(dòng)物身上建立了這個(gè)真正易于理解的知識庫，可以進(jìn)行令人難以置信的詳細(xì)研究，然后利用這些知識在哺乳動(dòng)物身上進(jìn)行更有針對性的實(shí)驗(yàn)，然后也許有一天在人類患者身上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。”

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