4月26日，國際學(xué)術(shù)期刊Circulation在線發(fā)表了中國科學(xué)院生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所周斌研究組的研究成果“Genetic Lineage Tracing of Non-myocyte Population by Dual Recombinases”。該研究工作利用新建立的雙同源重組技術(shù)系統(tǒng)揭示了在胚胎心臟發(fā)育、成體心臟穩(wěn)態(tài)維持及損傷修復(fù)、成體骨骼肌穩(wěn)態(tài)維持和損傷修復(fù)過程中，非肌肉細(xì)胞分化形成肌肉細(xì)胞的潛能。該研究成果有助于深入了解不同器官，或同一器官的不同發(fā)育階段，非肌肉細(xì)胞的轉(zhuǎn)分化作用，為肌肉的再生醫(yī)學(xué)研究提供新的思路。此外該技術(shù)并沒有依賴特定的干細(xì)胞分子標(biāo)記去研究組織中是否存在干細(xì)胞向功能細(xì)胞（如肌肉細(xì)胞）分化過程。
心臟作為脊椎動物最重要的器官之一，主要功能是為血液流動提供動力。心臟發(fā)生心肌梗塞后造成心肌細(xì)胞大量死亡，心臟功能受到影響。成體心臟是否存在心肌干細(xì)胞一直存在爭論，之前的研究利用傳統(tǒng)的遺傳譜系示蹤技術(shù)認(rèn)為在成體心臟中存在心肌干細(xì)胞，例如Kit+心肌干細(xì)胞，Bmi1+心肌干細(xì)胞，Scal1+心肌干細(xì)胞，Islet+心肌干細(xì)胞等，但由于這些心肌干細(xì)胞的分子標(biāo)記本身就表達(dá)于部分心肌細(xì)胞中，因此這些假設(shè)的心肌干細(xì)胞向心肌細(xì)胞的分化潛能受到質(zhì)疑。
在本項(xiàng)研究中，研究人員利用雙同源重組技術(shù)同時對肌肉細(xì)胞和非肌肉細(xì)胞進(jìn)行譜系示蹤，系統(tǒng)揭示非肌肉細(xì)胞向肌肉細(xì)胞分化的潛能。在胚胎心臟發(fā)育早期，Isl1+的心肌干細(xì)胞可以貢獻(xiàn)第二心區(qū)的心肌細(xì)胞，例如，心臟的流出道，右心室部分的心肌細(xì)胞，以及左心室和心房非常少量的心肌細(xì)胞均來自于Isl1+的心肌干細(xì)胞。研究人員利用雙同源重組技術(shù)特異性地對胚胎早期的非心肌細(xì)胞進(jìn)行遺傳譜系示蹤發(fā)現(xiàn)，在胚胎心臟發(fā)育早期，非心肌細(xì)胞具有分化形成心肌細(xì)胞的能力，這些非心肌細(xì)胞可以貢獻(xiàn)形成第二心區(qū)的心肌細(xì)胞。在成體心臟的穩(wěn)態(tài)維持過程中，研究人員利用雙同源重組技術(shù)對非肌肉細(xì)胞和肌肉細(xì)胞同時譜系示蹤發(fā)現(xiàn)，非肌肉細(xì)胞和肌肉細(xì)胞維持各自的細(xì)胞命運(yùn)，非肌肉細(xì)胞不會轉(zhuǎn)分化形成肌肉細(xì)胞，而在成體心臟發(fā)生心肌梗塞后，造成心肌細(xì)胞大量死亡，心臟功能受損，但心臟中肌肉細(xì)胞和非肌肉細(xì)胞依然維持各自的細(xì)胞命運(yùn)，非肌肉細(xì)胞不會轉(zhuǎn)分化形成肌肉細(xì)胞來彌補(bǔ)死亡的肌肉細(xì)胞，即成體心臟在穩(wěn)態(tài)維持和損傷修復(fù)過程中都不會發(fā)生非肌肉細(xì)胞向肌肉細(xì)胞的轉(zhuǎn)分化。骨骼肌在穩(wěn)態(tài)維持過程中，肌纖維細(xì)胞與非肌肉細(xì)胞發(fā)生融合，肌纖維細(xì)胞處于多核狀態(tài)，而當(dāng)對骨骼肌實(shí)施BaCl2損傷后，骨骼肌中肌纖維細(xì)胞大量死亡，但在骨骼肌的損傷修復(fù)過程中，研究人員發(fā)現(xiàn)骨骼肌中的非肌肉細(xì)胞可以轉(zhuǎn)分化形成肌纖維細(xì)胞，促進(jìn)骨骼肌的損傷修復(fù)。以上研究成果將為肌肉的再生醫(yī)學(xué)提供理論基礎(chǔ)。
該研究工作是由博士生李燕，副研究員何靈娟等在周斌研究員的指導(dǎo)下完成。該研究工作得到香港中文大學(xué)呂愛蘭教授等的大力支持，同時得到中國科學(xué)院、國家基金委、科技部、上海市科委等資助。
非肌肉細(xì)胞向肌肉細(xì)胞轉(zhuǎn)分化的潛能
