心臟病發(fā)作會在人類心臟上留下永久性疤痕，但其他動物，包括一些魚類和兩棲動物，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，希望能夠推進對人類心臟病患者的治療，但魚類和哺乳動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，該團隊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)實驗室的博士后研究員、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會真正找到主要差異。”新的研究。
加格農(nóng)的團隊目前還無法解開這個謎團，但他們的研究為斑馬魚心臟再生中發(fā)揮作用的分子和細胞機制提供了新的線索。
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)這項研究，不可再生魚類的存在提供了一個機會來對比對損傷的不同反應(yīng)，以確定再生物種獨特的細胞特征。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化路徑，可以為為什么哺乳動物不能再生為成年提供類似的見解。
憑借其獨特的水平條紋，斑馬魚在美國長期以來一直作為寵物流行。20世紀70年代，斑馬魚被生物學(xué)家視為研究脊椎動物胚胎發(fā)育的模式生物。
科學(xué)家喜歡斑馬魚，因為它們可以在實驗室中快速繁殖數(shù)千只，易于研究，并且被證明非常頑強。
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
為了進行實驗，加格農(nóng)實驗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，然后在一定時間范圍后提取心臟，以了解這兩個物種的不同反應(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。團隊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，盡管時間不長。三天或十四天后，提取它們的心臟并溶解到單細胞溶液中，然后進行RNA測序，尋找表明魚如何對損傷做出反應(yīng)的標記。
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胞募集和行為、心外膜和內(nèi)皮細胞信號傳導(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，所有動物的祖先都可以在受傷后再生心臟，但不同類型的動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胞(一種特殊的免疫細胞)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。”“我們認為干擾素反應(yīng)會導(dǎo)致這些專門的巨噬細胞進入傷口部位并開始促進新血管的生長。”
隨著時間的推移，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：“我們對動物如何再生組織、我們和其他動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)計策略來幫助我們克服這些局限性。”
“我們的希望是，我們在動物身上建立了這個真正易于理解的知識庫，可以進行令人難以置信的詳細研究，然后利用這些知識在哺乳動物身上進行更有針對性的實驗，然后也許有一天在人類患者身上進行實驗。”
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