周斌研究组揭示心脏发育早期非心肌细胞向心肌细胞转化的精确时间节点
来源：
时间：2019-06-18
6月12日，国际学术期刊
Circulation Research在线发表了中国科学院生物化学与细胞生物学研究所周斌研究组的研究成果“
Genetic Tracing Identifies EarlySegregationof the Cardiomyocyte and Non-myocyte Lineages”。该工作主要利用双同源重组介导的遗传学技术揭示胚胎期非心肌细胞向心肌细胞转化的精确时间节点及新生期心脏再生的细胞机制。实验发现非心肌细胞向心肌细胞的转分化主要发生在胚胎发育的第8.0天至第10.5天，而胚胎发育的第11.5天及其以后，非心肌细胞不再向心肌细胞的转化。新生期心脏稳态及再生过程中也不存在非心肌细胞向心肌细胞的转化，心肌细胞的再生主要是通过原有心肌细胞的增殖。该项研究是对心肌干细胞研究工作的进一步延伸，该研究成果将为心脏的再生医学提供新的理论依据。
心脏是脊椎动物胚胎发育中最先形成的器官，为循环系统提供动力支持。早期研究结果认为心脏主要来源于原条中胚层，随后发现的第二心区提示心脏发育过程可能有多个来源的细胞参与心肌细胞的形成。在发育过程中心肌祖细胞的分子标记有Nkx2.5、Flk1、Mesp1、Isl1等，这些干细胞对于心脏中心肌细胞的形成有巨大贡献。除此之外还有没有明确分子标记的心肌祖细胞，如心肌球体祖细胞，也有报道会参与心脏发育过程。这些祖细胞在心脏发育中何时停止向心肌细胞方向的分化仍然无法全面回答。
在本项研究中，周斌研究组科研人员利用实验室建立的双同源重组技术，同时对心肌细胞和非心肌细胞进行遗传标记，实现对两类细胞群体同时进行谱系示踪，系统揭示在胚胎发育、新生期稳态及再生过程中，非心肌细胞向心肌细胞的转分化潜能。首先，科研人员利用心肌细胞特异的转基因小鼠Tnnt2-Cre与R26-LDLZ小鼠及报告基因R26-RSR-tdTomato小鼠杂交得到三阳性的小鼠，将心肌细胞特异地标记成绿色荧光，同时在他莫昔芬的诱导下，非肌肉细胞可以被标记为红色荧光，并且这些荧光标记是可遗传的，永久性的。在发育过程中，如果发生非心肌细胞向心肌细胞的转分化，新形成的心肌细胞将会继续携带红色荧光。科研人员分别在胚胎发育的不同时期对三阳性小鼠进行他莫昔芬的诱导，发现在胚胎发育的第8.0天至第10.5天进行他莫昔芬的诱导时，在心脏中可以检测到标记为红色荧光的心肌细胞，证明这部分心肌细胞是由非心肌细胞转分化而来，非心肌细胞向心肌细胞的转分化主要发生在右心室，而且随着发育时间的推移，由心室的头侧向心尖部位成减弱趋势，证明第二心区的心肌祖细胞对心肌细胞的贡献逐渐减弱，最后集中在右心室的远端，直至消失。在胚胎发育的第11.5天后进行他莫昔芬的诱导时，基本很难再捕捉到红色的心肌细胞，证明在胚胎发育的第11.5天后，非心肌细胞基本不会再发生向心肌细胞的转分化。为了更加准确的验证结论，科研人员还利用另外一个标记成熟心肌细胞的基因敲入小鼠Myh6 IRES-Cre来替换掉转基因Tnnt2-Cre小鼠，同样的实验策略揭示，非心肌细胞向心肌细胞的转化在胚胎发育的第11.5天后基本不再发生。同时，科研人员利用该双同源重组技术揭示了在小鼠新生期稳态及心尖切除损伤修复过程中，基本也不会发生非心肌细胞向心肌细胞的转化，新形成的心肌细胞主要来源于之前已经存在的心肌细胞。以上研究将为心肌细胞来源及再生医学研究提供重要信息和研究思路。
该研究工作是由博士后李燕等在周斌研究员的指导下完成。工作得到香港中文大学吕爱兰教授等的大力支持，同时得到中科院、基金委、科技部、上海市科委、中国博士后基金等资助。
