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)領導的猶他大學生物學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心臟組織確定了一些可能的解釋，主要與免疫系統(tǒng)有關。
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，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，斑馬魚被生物學家視為研究脊椎動物胚胎發(fā)育的模式生物。
科學家喜歡斑馬魚，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。
猶他大學用于研究的斑馬魚。圖片來源：BrianMaffly，猶他大學
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。
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，然后將探針應用于心臟邊緣23秒。
在95%的情況下，魚在手術中存活下來，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，稱為干擾素反應。”“青鳉魚完全沒有這種反應。”
該研究記錄了免疫細胞募集和行為、心外膜和內皮細胞信號傳導以及心臟結構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，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會導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，以及我們如何設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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