心臟病發(fā)作后扭轉(zhuǎn)**組織，創(chuàng)造健康的心臟肌肉：這將是心臟病學(xué)和再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的即將改變的游戲規(guī)則。在實(shí)驗(yàn)室，科學(xué)家已經(jīng)表明可以將成纖維細(xì)胞（瘢痕組織細(xì)胞）轉(zhuǎn)化為心肌細(xì)胞（心臟肌細(xì)胞），但是整理出這種情況的細(xì)節(jié)并不容易，并且在診所甚至使用這種方法其他基礎(chǔ)研究項(xiàng)目也被證明是難以捉摸的。
現(xiàn)在，在“自然”雜志上發(fā)表的一項(xiàng)新研究中，UNC 研究人員報(bào)告了一個(gè)突破。他們使用單細(xì)胞 RNA 測(cè)序技術(shù)結(jié)合數(shù)學(xué)建模和遺傳和化學(xué)方法來(lái)描述細(xì)胞命運(yùn)從成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化為心肌細(xì)胞期間發(fā)生的分步改變。由 UNC 醫(yī)學(xué)院病理學(xué)和實(shí)驗(yàn)室醫(yī)學(xué)助理教授李倩博士領(lǐng)導(dǎo)的科學(xué)家不僅成功地重建了單細(xì)胞在這一過(guò)程中可以采用的途徑，而且還確定了從一種細(xì)胞類型轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N細(xì)胞的基因分子途徑和關(guān)鍵調(diào)控因子。
“我們以直接心臟重新編程為例，在本研究中，”本文的**作者和 UNC 麥卡拉斯特心臟研究所的成員錢先生說(shuō)，“但是我們?cè)谶@里建立的管道和方法可以用于任何其他重編程過(guò)程和潛在的其他不同步和異質(zhì)生物過(guò)程。”
當(dāng)我們是嬰兒時(shí)，我們身體的胚胎干細(xì)胞逐漸變成各種高度專門化的細(xì)胞類型，如神經(jīng)元，血細(xì)胞和心肌細(xì)胞。長(zhǎng)期以來(lái)，科學(xué)家認(rèn)為這些特定的細(xì)胞類型是終末的； 它們不能再次改變或被恢復(fù)到胚胎與*終分化階段之間的狀態(tài)。*近的發(fā)現(xiàn)顯示，有可能將終末分化的體細(xì)胞恢復(fù)到多能狀態(tài) - 一種能夠自我產(chǎn)生并潛在地變成身體中任何種類的細(xì)胞的“主”細(xì)胞?？茖W(xué)家們也知道如何將一種分化的體細(xì)胞類型轉(zhuǎn)化為另一種，而不會(huì)通過(guò)多能階段或原始祖細(xì)胞階段進(jìn)行迂回。這種發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)移了細(xì)胞層級(jí)的范式，徹底改變了干細(xì)胞研究和再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。然而，弄清楚如何研究這些過(guò)程的細(xì)節(jié)來(lái)將其用于臨床和基礎(chǔ)研究是困難的。
直接心臟重新編程是錢實(shí)驗(yàn)室在過(guò)去幾年中率先開(kāi)發(fā)并進(jìn)行微調(diào)的心臟再生和**模型的有前景的方法，涉及將心肌非肌細(xì)胞直接轉(zhuǎn)化為與內(nèi)源性 CM 相似的誘導(dǎo)心肌細(xì)胞（iCM）。像任何重新編程過(guò)程一樣，許多被重新編程的單元格并沒(méi)有同時(shí)進(jìn)行。
錢說(shuō)：“這是一個(gè)”異步“的過(guò)程。 “轉(zhuǎn)換發(fā)生在不同的時(shí)間間隔，所以在任何階段，細(xì)胞群體總是包含未轉(zhuǎn)化的，部分重編程的和完全重編程的細(xì)胞，因此細(xì)胞重編程是“異構(gòu)的” ，這使得使用傳統(tǒng)方法難以研究。
本研究通過(guò)使用微流體單細(xì)胞 RNA 測(cè)序技術(shù)，解決了“異步”編程和異種細(xì)胞群體的兩個(gè)主要問(wèn)題。他們分析了從成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化為 iCM 的命運(yùn)轉(zhuǎn)化過(guò)程中的全局轉(zhuǎn)錄組變化。
使用數(shù)學(xué)算法，他們確定了沿著重新編程管道的細(xì)胞分子不同的亞群。然后，他們基于模擬和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證重新構(gòu)建了 iCM 形成路線。這些路線為他們提供了****的高分辨率路線圖，以進(jìn)一步研究細(xì)胞轉(zhuǎn)化的機(jī)制。
錢說(shuō)：“我們發(fā)現(xiàn)有一些臨床上很重要，”例如，我們知道，心臟病發(fā)作后，受傷區(qū)周圍的心臟成纖維細(xì)胞立即被激活并變得高度增殖，但隨著時(shí)間的推移，這種增殖能力會(huì)下降成纖維細(xì)胞變化的細(xì)胞周期狀態(tài)優(yōu)于心臟病發(fā)作及其后果的優(yōu)勢(shì)肯定會(huì)擴(kuò)大患者細(xì)胞重編程的應(yīng)用，并優(yōu)化結(jié)果。
如何將受損的心臟組織轉(zhuǎn)回健康的心臟肌肉：出現(xiàn)新的細(xì)節(jié)
錢先生補(bǔ)充道：“我們展示了細(xì)胞增殖與細(xì)胞重編程之間的路線，我們還顯示了實(shí)驗(yàn)證據(jù)，改變起始成纖維細(xì)胞的細(xì)胞周期狀態(tài)會(huì)改變新的心肌細(xì)胞形成的結(jié)果。
她的研究小組發(fā)現(xiàn)，在編程過(guò)程中，成纖維細(xì)胞亞群的分子特征受到差異性的抑制，這表明細(xì)胞重編程的易感性有所不同。
有趣的是，這種易感性與心臟發(fā)育過(guò)程中心肌細(xì)胞分化的時(shí)機(jī)一致。似乎在心臟發(fā)育早期出現(xiàn)的中間人群中的特點(diǎn)對(duì)改變更具抵抗力。這表明*近的細(xì)胞表觀遺傳記憶可能更容易被擦除，因此具有這種表觀遺傳特征的成纖維細(xì)胞亞群更容易轉(zhuǎn)化為心肌細(xì)胞。
錢說(shuō)：“操縱表觀遺傳記憶 - 不僅僅是改變其當(dāng)前的表觀遺傳學(xué)狀態(tài) - 對(duì)于改變細(xì)胞的**價(jià)值的命運(yùn)來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的?！?
通過(guò)進(jìn)一步分析重編程中的全球基因表達(dá)變化，研究人員發(fā)現(xiàn)了涉及 mRNA 加工和剪接的因素的意外下調(diào)。
錢說(shuō)：“對(duì)我們來(lái)說(shuō)這是一個(gè)驚喜。 “我們發(fā)現(xiàn)，一些基本的細(xì)胞機(jī)械發(fā)生了巨大變化，如蛋白質(zhì)生產(chǎn)，運(yùn)輸和降解的機(jī)械，以及我們?cè)敿?xì)的文件 - mRNA 拼接機(jī)械。”
該團(tuán)隊(duì)繼續(xù)對(duì)**候選人進(jìn)行詳細(xì)的功能分析 - 稱為 Ptbp1 的剪接因子。有證據(jù)表明，它是獲得成纖維細(xì)胞中心肌細(xì)胞特異性剪接模式的關(guān)鍵障礙。錢先生的研究表明，Ptbp1 消耗促進(jìn)了更多的 iCMs 的形成。
錢繼續(xù)說(shuō)：“從我們的機(jī)械學(xué)研究中學(xué)到的新知識(shí)，如何將單一的剪接因子調(diào)節(jié)成從成纖維細(xì)胞到心肌細(xì)胞的命運(yùn)轉(zhuǎn)換。” “如果沒(méi)有這種方式的公正的性質(zhì)，我們就不會(huì)獲得關(guān)于重新編程過(guò)程的新鮮有價(jià)值的信息，這就是我們平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)?！?
另外的定量分析揭示了每個(gè)重編程因子的表達(dá)與通過(guò)重編程過(guò)程的個(gè)體細(xì)胞進(jìn)展之間的強(qiáng)相關(guān)性，并導(dǎo)致發(fā)現(xiàn)用于富集 iCM 的新表面標(biāo)記。
錢說(shuō)：“我認(rèn)為本文的跨學(xué)科方法非常強(qiáng)大，它們幫助我們識(shí)別以前無(wú)法識(shí)別的功能或機(jī)制，并更好地了解細(xì)胞的性質(zhì)和**的進(jìn)展，*終這種方法可能不只受益與心臟病患者，還有癌癥，糖尿病，神經(jīng)系統(tǒng)**等病癥，我們對(duì)未來(lái)的道路感到非常興奮。”
