作者:周斌等 来源:《自然-通讯》 发布时间:2017/12/27 16:48:50
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科学家发现哺乳动物心脏发育新机制

 

近期,中国科学院上海生命科学研究院生物化学与细胞生物学研究所周斌研究组的研究成果,以Identification of a hybrid myocardial zone in the mammalian heart after birth为题,在线发表在Nature Communications上。该研究发现哺乳动物心脏发育过程中心肌致密化的细胞和分子新机制。

在胚胎心脏发育过程中,心肌细胞增殖形成向心腔内突起的网状心肌小梁。心肌小梁担负着增加心肌质量与表面积、增强心肌收缩力、分流腔室内血液和参与心脏传导系统形成等重要功能。相互交织的网状心肌小梁在围产期发生形态变化后逐渐消失。出生后心脏的心室壁主要由致密的心肌组成,心内膜表面相对较平滑。如果心肌小梁的形态变化过程受到影响,会导致心肌致密化不全,是以心肌过度小梁化和致密心肌层变薄为特征的一种先天性心肌病,以心力衰竭、心律失常和血栓栓塞为主要症状,因主要累及左心室,常被称为左心室致密化不全(LVNC)。是继扩张型心肌病和肥大性心肌病之后第三种最常见的心肌病。然而,心肌致密化不全的发病原因尚未明确。清楚了解胚胎心脏心肌小梁致密化的机制,对明确左心室致密化不全的发病原因具有重要意义。关于心肌小梁形态转变的机制有两种假说:一种是致密心肌层扩增假说,认为在胚胎发育晚期或围产期,致密心肌层扩增填补了网状心肌小梁间隙,使心肌小梁逐渐形成出生后心脏致密的心室壁;另一种是心肌小梁融合假说,认为心肌小梁自身通过扩增和融合形成出生后致密的心室壁,而胚胎期致密心肌层不参与此过程。这两种假说的区别在于心肌小梁转变成致密心室壁的方式不同。

为了明确心肌小梁致密化的机制,副研究员田雪莹等在研究员周斌的指导下,利用遗传谱系示踪技术追踪胚胎期心肌小梁和致密心肌层在出生后心脏中的命运。研究发现,胚胎期的心肌小梁较少增殖,融合成心室壁的心内膜下心肌层;致密心肌层在胚胎发育晚期和新生期显著增殖形成增厚的心外膜下心肌层;位于这两层心肌之间的混合区是由来源于心肌小梁和致密心肌层的心肌细胞共同组成,致密心肌层心肌细胞向心腔内增殖,使心肌小梁体积增大,压缩小梁间隙,促进心肌小梁融合成致密心肌。在心肌小梁融合的过程中,嵌入小梁之间的心内膜细胞参与了冠状动脉内皮的形成。与研究组此前发现在内侧心室壁冠状动脉重新生成的过程中伴随着心肌小梁致密化的研究结果一致。

以往研究认为,致密化不全是由于心肌小梁过度化造成的,忽视了因致密心肌层参与减少导致小梁致密化程度降低的因素。这项研究通过特异性敲除胚胎期致密心肌层心肌细胞中的Yap1基因,使致密心肌层心肌细胞增殖减少,抑制其参与心室壁中间混合区的形成,导致出生后心肌过度小梁化和致密心肌层变薄。表明心肌致密化不全不能仅归因于心肌小梁本身过度化的缺陷,胚胎期致密心肌层的扩增及其参与心肌混合区的形成,对发育形成正常的心室壁至关重要,这项研究为进一步探索心肌致密化不全的发病机制提供了重要信息。

研究工作得到了中科院、科技部、国家自然科学基金委员会及上海市科学技术委员会的资助。(来源:中国科学院上海生命科学研究院)

 

 
 
 
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