Cell Stem Cell：一种中间状态的心血管祖细胞可能成为心血管疾病钥匙

2016-03-04 MedSci MedSci原创

中间状态心血管

来自美国Gladstone研究所的研究人员能够制造一类处于胚胎干细胞和成体心脏细胞（adult heart cell）之间的细胞，这可能是治疗心脏病的关键。这些诱导性可增殖的心血管祖细胞（induced expandable cardiovascular progenitor cells, ieCPCs）是通过重编程小鼠皮肤中的成纤维细胞而产生的。它们可以有组织地发育成仍然能够复制的心脏细胞。当被

来自美国Gladstone研究所的研究人员能够制造一类处于胚胎干细胞和成体心脏细胞（adult heart cell）之间的细胞，这可能是治疗心脏病的关键。这些诱导性可增殖的心血管祖细胞（induced expandable cardiovascular progenitor cells, ieCPCs）是通过重编程小鼠皮肤中的成纤维细胞而产生的。它们可以有组织地发育成仍然能够复制的心脏细胞。当被注射进心脏病发作后的小鼠体内时，这些细胞显著地改善心脏功能。相关研究结果在2016年3月3日那期Cell Stem Cell期刊上，论文标题为“Expandable Cardiovascular Progenitor Cells Reprogrammed from Fibroblasts”。

论文第一作者、格拉斯通研究所博士后学者Yu Zhang博士解释道，“几十年来，科学家们一直在尝试移植成体心脏细胞来治疗心力衰竭。我们产生的ieCPCs能够大量地复制，而且还能可靠地分化为心脏中的三种类型的细胞：心肌细胞、内皮细胞和平滑肌细胞，这就使得它们非常有潜力用于治疗心力衰竭。”

心血管祖细胞（CPCs）是胚胎中的心脏形成时自然产生的，能够产生几种不同类型的心脏细胞。在当前的这项研究中，研究人员能够在实验室中制造CPCs。他们使用药物来捕捉心脏干细胞并将它们维持在心脏前体细胞（cardiac precursor）状态，而不让它们发育成完全功能性的心脏细胞。

器官特异性的干细胞是独特的，这是因为它们能够分化为体细胞，而且也能够无限制地复制。在当前的研究中，这些ieCPCs呈指数级增殖了十二代，产生足够的细胞从而可以潜在地治疗许多病人：在化学成分确定的培养条件下，105个初始的成纤维细胞能够高效地产生1016个ieCPCs。这种自我更新的类型在治疗心力衰竭中是特别重要的，这是因为心脏病发作后，会有十亿多个心脏细胞丢失。大量的细胞更新意味着ieCPCs可能是一种可持续的替换这些受损细胞的方法。ieCPCs也能够分化为三种不同类型心脏细胞中的任何一种：心肌细胞、内皮细胞和平滑肌细胞。当移植到心脏中时，这些细胞自发地转化为这三种类型的细胞，而不需要任何额外的信号。

之前通过移植成体心脏细胞治疗心力衰竭的努力基本上都失败了，这是因为这些移植的心脏细胞很快地死亡，不能自我更新，这就意味着它们在患病的心脏中定植下来的能力是有限的。此外，通常只有一类心脏细胞---心肌细胞---用于移植，但是心脏需要所有的这三种类型的细胞来愈合和正常地发挥功能。将不是来源心脏中的干细胞注射进患病的心脏内来治疗心力衰竭，也只是取得有限的成功。这是因为这些注射入的干细胞不能有效地转化为心脏细胞，而它们实现这种转化需要复杂的信号，但是在成体心脏中，这些信号缺失了。移植不是来源心脏中的干细胞也会增加肿瘤形成的风险：它们中的多数除了产生所需的心脏细胞外，也会产生其他类型的细胞。ieCPCs不会产生这种问题，这是因为它们命中注定会变成心脏细胞。

在当前的研究中，90%注射到且保持在心脏病发作后的小鼠心脏中的ieCPCs成功地转化为功能性的心脏细胞，这些心脏细胞与心脏中现存的细胞一起跳动，并形成新的血管。这些ieCPCs显著地改善心脏功能，让心脏更加高效地泵血，而且这些有益效应能够持续至少三个月的时间。鉴于这项研究中的ieCPCs是通过小鼠皮肤中的成纤维细胞发生转分化产生的，它就为开展个人化医疗---利用病人自己的细胞治疗自己的心脏病---奠定基础。

论文通信作者丁胜博士说，“将心脏祖细胞用于心脏再生可能是比较理想的。它们是与功能性心脏细胞最接近的前体细胞，它们只需单个步骤就能够快速地和高效地在培养皿中和活的心脏内变成心脏细胞。利用我们的新技术，我们能够快速地在培养皿中制造出几十亿个这样的细胞，然后将它们移植到受损的心脏中以便治疗心力衰竭。”

原始出处：

Yu Zhang8, Nan Cao8, Yu Huang, C. Ian Spencer, Ji-dong Fu, Chen Yu, Kai Liu, Baoming Nie, Tao Xu, Ke Li, Shaohua Xu, Benoit G. Bruneau, Deepak Srivastava, Sheng DingExpandable Cardiovascular Progenitor Cells Reprogrammed from Fibroblasts. doi:10.1016/j.stem.2016.02.001

丁胜

世界著名的生物学机构美国斯克里普斯研究所化学系博士，目前在Gladstone研究所任资深研究员，是一位年轻有为、非常具有潜力和实力的科学家。多次作为专家担任美国多个重大基金或项目的评审。丁胜博士具有合成化学、干细胞生物学及药物研发技术多元的专业背景，并创造性地开拓了“干细胞化学生物学”这一前沿性新领域。
       
丁博士在该学科的成就使得权威杂志The Scientist在2009年度盘点中，两度垂青这个青年科学家：丁胜博士所创的蛋白诱导ips技术被评为“年度最佳创新技术”，与此同时，丁胜博士也被The Scientist评选为“生命科学年度人物”。

作者：MedSci



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