研究揭示心脏再生的基础

人类的心脏不能自愈，而斑马鱼的心脏可以很容易地替代因损伤或疾病而失去的细胞。现在，研究人员发现了被称为心外膜的心脏神秘外层的特性，这可能有助于解释这种鱼再生心脏组织的非凡能力。

受伤后，斑马鱼心外膜中的细胞开始活动——产生新的细胞来覆盖伤口，分泌化学物质来促进肌肉细胞的生长和分裂，并支持血管的产生，将氧气输送到新的组织。

这项研究发表在5月4日的杂志上自然发现当这个关键层心如果心脏受损，整个修复过程就会延迟，因为心外膜在修复心脏其他部分之前会进行一轮自我修复。新的研究表明，这一过程需要通过一种叫做声波刺猬，并证明将这种分子添加到心脏表面可以驱动心外膜对损伤的反应。

这一发现为修复细菌造成的损害指明了一个可能的目标心脏病在美国，这是导致死亡和残疾的主要原因。目前有超过500万美国人正在经历心力衰竭，每年有超过90万人遭受心脏病发作。

“了解器官如何再生的最好方法是解构它。因此，对于心脏来说，肌肉通常得到所有的关注，因为它似乎承担了所有的工作，”该研究的资深作者、杜克大学医学院细胞生物学教授肯尼思·d·波斯博士说。“但我们也需要观察其他成分，研究它们对损伤的反应。显然，斑马鱼的心外膜有一些特殊之处，使它们能够如此容易地再生。”

Poss在过去13年一直在研究斑马鱼的心脏再生。作为博士后研究员，他第一个证明了这种微小的条纹鱼可以重新生长出被切断的心脏组织，就像蜥蜴长出被捏断的尾巴一样。从那时起，他的团队发现这种再生涉及到外心膜的输入，外心膜是覆盖在心脏表面的一层薄薄的细胞。

Poss说:“心外膜被低估了，但我们认为它很重要，因为类似的组织包裹着我们的大部分器官，排列着我们的器官腔。”“有些人认为它是一种干细胞，因为它可以自己制造更多的细胞，并且在受伤时可以贡献所有不同类型的细胞和因子。事实上，我们对这层细胞及其工作原理所知甚少。这是个谜。”

在这项研究中，Poss和他的同事们决心找出使心外膜成为再生发电站的特性。首先，杜克大学博士后王金虎(Jinhu Wang)对活斑马鱼进行了开胸手术，切除了大约五分之一的重要器官。之后，他使用一套复杂的基因工具杀死了90%的心外膜细胞，然后测量心脏在不同时间点的愈合情况。他发现，去除外层会造成再生的明显滞后，但最终愈合过程赶上了拥有完整外心膜的斑马鱼。

结果表明，剩下的10%的心外膜细胞能够在转移到心肌之前重建心外膜层。这一发现引起了Poss的兴趣，他决定将接下来的一系列实验集中在心外膜及其自我再生能力上。他所在实验室的另一位博士后曹景立(Jingli Cao)找到了一种方法，可以从马马鱼身上取出心脏，并在实验室的培养皿中培养它们，在培养皿中，微小的两腔器官继续跳动，表现得就像它们仍然藏在生物体内部一样。

和以前一样，研究人员破坏了大部分心脏的心外膜层，但这一次，他们每天都把“移植”的器官放在显微镜下，以捕捉再生过程。他们发现，心外膜再生迅速，在一两周内就像波浪一样从一个腔室的底部覆盖到另一个腔室的顶端。

然后，研究人员使用这个模型来寻找会影响再生能力的小分子化合物或药物。他们筛选了已知参与胚胎发育的分子，如成纤维细胞生长因子和超音hedgehog基因，并发现后者对再生过程至关重要。研究人员现在计划对能够增强斑马鱼心脏修复的分子进行更大的筛选，也许有一天能为患有心脏病的人类提供一种新的治疗方法。

2015年4月1日，该杂志发表了第二篇论文eLifePoss和他的同事们发现，心外膜产生一种叫做神经调节蛋白1的分子，这种分子能使人产生心肌细胞分裂是对伤害的回应。当他们人为地提高神经调节蛋白1的水平时，即使没有受伤，心脏也开始越来越多肌肉细胞．这一发现进一步强调了该组织在心脏健康中的作用。

“研究心外膜在各种生物体内的研究表明，鱼类和哺乳动物的这种组织惊人地相似，这表明我们在斑马鱼模型中所学到的东西有很大的潜力，可以揭示刺激人类心脏再生的方法，”Poss说。