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 測序技術(shù)結(jié)合數(shù)學(xué)建模和遺傳和化學(xué)方法來描述細(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，“但是我們在這里建立的管道和方法可以用于任何其他重編程過程和潛在的其他不同步和異質(zhì)生物過程。”
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。長期以來，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。科學(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，而不會通過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程的細(xì)節(jié)來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)室在過去幾年中率先開發(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）。像任何重新編程過程一樣，許多被重新編程的單元格并沒有同時(shí)進(jìn)行。
錢說：“這是一個(gè)”異步“的過程。 “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。
本研究通過使用微流體單細(xì)胞 RNA 測序技術(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：“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)勢肯定會擴(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：“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) - 對于改變細(xì)胞的**價(jià)值的命運(yùn)來說是至關(guān)重要的。”
通過進(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：“對我們來說這是一個(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，以及我們詳細(xì)的文件 - mRNA 拼接機(jī)械。”
該團(tuán)隊(duì)繼續(xù)對**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：“從我們的機(jī)械學(xué)研究中學(xué)到的新知識，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。” “如果沒有這種方式的公正的性質(zhì)，我們就不會獲得關(guān)于重新編程過程的新鮮有價(jià)值的信息，這就是我們平臺的優(yōu)勢。”
另外的定量分析揭示了每個(gè)重編程因子的表達(dá)與通過重編程過程的個(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：“我認(rèn)為本文的跨學(xué)科方法非常強(qiáng)大，它們幫助我們識別以前無法識別的功能或機(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，我們對未來的道路感到非常興奮。”
