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周斌组发现调控哺乳动物心脏再生的分子机制
发布日期:2016-02-24    浏览次数:442

2月18日,国际知名学术期刊Development在线发表了中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心、上海生命科学研究院营养科学研究所周斌组的研究论文:GATA4 regulates Fgf16 to promote heart repair after injury。该研究利用心脏特异性基因敲除和基因过表达技术,揭示了转录因子GATA4通过调节一个在心脏中特异表达的分泌型因子FGF16,来维持心脏的修复能力,并对损伤后引起的心肌肥厚起到一定的抑制作用。这项工作为心肌损伤修复和病理性心肌肥大的临床治疗提供了理论基础。

哺乳动物的心脏一直以来被认为是终末分化的器官,不具有再生能力。心肌梗塞后,大量心肌细胞死亡,受损部位慢慢纤维化,使得心脏收缩能力降低,增殖能力有限的心肌细胞只能通过增大体积来代偿心脏的过度负荷,病人往往由此发生心力衰竭而死亡。然而最新的研究发现新生小鼠的心脏具有短暂的再生潜能,在切除心尖八周后,可以完全修复,然而这种再生能力在出生一周后就消失了,之后,损伤就是永久的。因此阐明这个短暂再生过程中的分子调控的机制,重新激活心脏修复相关基因的表达,对心肌损伤后心衰的预防有非常重要的意义。

转录因子GATA结合蛋白4(GATA binding protein 4,GATA4)精确调控着许多基因的表达,在心脏发育和心肌重塑过程中发挥着重要的作用。GATA4的缺失会引起各种不同类型的先天性心脏发育畸形。GATA4表达水平降低或DNA结合活性降低,还会影响一系列心肌重塑因子的表达,导致心肌肥厚和心功能失常。成纤维细胞生长因子16(Fibroblast growth factor16,FGF16)是一种分泌型的细胞生长因子。小鼠胚胎发育过程中心肌细胞的增殖需要FGF16的参与,此外FGF16还可以通过竞争性抑制FGF2与受体的结合来抑制心脏重塑和纤维化。

周斌组研究人员利用诱导性基因敲除技术,定时定点敲除新生小鼠心肌细胞中的GATA4基因,发现其心脏就丧失了再生能力:心尖切除八周后,心尖部位仍然可见纤维化的疤痕组织,冻伤后八周的心脏还伴随有严重的心肌肥大现象。进一步研究发现一个旁分泌因子FGF16的表达水平在GATA4敲除后也随之降低,并在分子水平上证明了Fgf16是GATA4的一个下游调控基因。研究人员还利用对心脏具有高效侵染能力的腺相关病毒载体AAV9,实现在GATA4敲除了的心肌细胞中过表达Fgf16基因,发现在心脏损伤后,FGF16可以维持心肌细胞的增殖能力,并对心肌肥大有一定的抑制作用。说明FGF16是心脏特有的且必不可少的保护因子,维持着心脏正常功能和再生潜能,为心脏再生医学领域提供新的视角和研究思路。

该工作由余薇博士研究生在周斌研究员的指导下完成,并得到了合作者香港中文大学Kathy O. Lui教授、北京阜外医院胡盛寿教授及聂宇教授、美国哈佛大学医学院Willian Pu教授和爱因斯坦医学院周彬教授的帮助。该工作得到了中科院、基金委、科技部等的经费支持。

新生期小鼠心脏心肌细胞(红色)表达GATA4(绿色),细胞核为蓝色。