科學家解密基因 發現神祕開關 修復受損心臟 斑馬魚 成心臟病患救星

編譯/韋士塔  |2021.06.05
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斑馬魚的基因能讓心臟細胞進行分裂和繁殖,修復心臟。圖/美聯社
斑馬魚的基因型態與人類相似,適合進行基改等科學研究。 圖/美聯社
外科手術是人類修復心臟的主要方式。 圖/法新社
人類心臟受損後,無法自行修復。圖/法新社

編譯/韋士塔

人類心臟的心肌細胞失去功能和死亡,是心臟疾病患者死亡的主因。新生兒的心肌細胞仍可再生以補償受損的心肌細胞,但成人的心肌再生能力極低,一旦心臟病發作、心肌梗塞,受損的心肌很難復原;心臟受損後,心臟細胞會被纖維母細胞取代,也就是纖維化,導致心臟功能受損。

目前,對人類心臟再生的研究重點主要是幹細胞和細胞治療。幹細胞移植,可提供心肌細胞 、內皮組織細胞再生所需的前置細胞。不過,幹細胞治療仍面臨一些瓶頸,例如幹細胞數量是否能有效增加。

澳洲雪梨「張任謙心臟研究所」(Victor Chang Cardiac Research Institute)的研究人員,希望從其他生物尋找心臟受損的新療法,例如兩棲類和魚類,因為它們的肢體和內臟在受傷後能夠再生。研究團隊發現,斑馬魚的基因能讓心臟中的細胞進行分裂和繁殖,使受損心肌癒合,甚至在切除部分心臟後,還能在幾周內再生形成新的心肌組織,甚至連傷疤都完全修復。

研究團隊負責人、再生醫學研究員菊地和(Kazu Kikuchi)指出,斑馬魚有許多器官與哺乳類相似,這種魚類的基因型態也與人類非常接近,約有7成的人類基因可在斑馬魚的基因組合中找到對應的序列。因此,解碼斑馬魚基因的功能,有助提高對遺傳性出血性血管擴張症、白血症、肌肉萎縮症、腫瘤、癌症等疾病的了解。

研究團隊在發表於《科學》(Science)期刊的報告指出,他們對斑馬魚的染色體進行基因定序,發現其染色體具有KLF1蛋白質,有修復心臟的功能;研究團隊把KLF1蛋白質從斑馬魚的染色體中移除後,其心臟受傷時便無法自行修復。

KLF1蛋白質無法阻止心臟病發作,但這項實驗證實,KLF1蛋白質能在心臟受傷後改變代謝,讓細胞再次分裂並製造新細胞,使受損的細胞再生,防止心臟功能進一步下降。

研究團隊也發現,KLF1在心臟的早期發育中不會產生作用,這種再生功能只會在心臟損傷後才開啟,這代表心臟損傷後的再生與心臟的發育過程不同。

菊地和表示:「KLF1蛋白質就像人類體內的一個神祕開關,心臟受傷時,這個開關會自動開啟,允許心肌細胞在心臟受傷後分裂和繁殖;心臟完全癒合時,這個開關就會關閉。」

該研究所的心臟病學部門負責人葛拉罕(Bob Graham)表示,研究團隊發現這個重要的蛋白質,是「一項令人難以置信的成就」;他認為,人類在進化過程中失去一些能力,例如自行修復心臟,但如果能找出具體原因,或許將可利用這種蛋白質造福心臟病患者。

菊地和表示:「斑馬魚具有令人難以置信的心臟修復能力,我們正在研究其運作原理、與哪些基因有關;這個驚人的發現,有朝一日可能會徹底改變心臟病的治療方式。」

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