研究心臟和肺的干細(xì)胞進(jìn)化史

    生物學(xué)家們已經(jīng)知道了心臟和肺如何適應(yīng)陸地生活的進(jìn)化史，主要通過心臟的功能和肺的氣體交換的功能相耦合。肺是在哺乳動物進(jìn)化過程中zui后形成的一個(gè)器官，對于地球上的生命可以說是zui重要的器官。

    在胚胎發(fā)育過程中闡明了心臟和肺這兩個(gè)系統(tǒng)的細(xì)胞是如何協(xié)調(diào)發(fā)展的。zui初原始的肺的祖細(xì)胞可以伸入到心臟的原始的祖細(xì)胞從而使兩個(gè)器官可共同形成了心肺循環(huán)系統(tǒng)。然而，這個(gè)共同的循環(huán)系統(tǒng)發(fā)展的分子機(jī)制還無法*明白，這兩個(gè)器官共同的祖細(xì)胞是如何影響相關(guān)的疾病的發(fā)展的？比如肺動脈高壓的形成。

    zui近發(fā)表的一篇文章闡明了肺的血管，連接心臟和肺的血管即使沒有肺也能形成。在小鼠身上肺的發(fā)展抑制了肺血管的形成，而心臟的祖細(xì)胞或干細(xì)胞是心肺發(fā)展所必須的。

    Edward E. Morrisey 帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)們發(fā)現(xiàn)了心臟中胚層有一群多動能的細(xì)胞，命名為 CPPs。CPPs可以通過表達(dá)信號分子 Wnt2 ，從而與其它胚胎干細(xì)胞區(qū)分。

    Morrisey 表示：“我們問這些祖細(xì)胞能夠產(chǎn)生心臟和肺的衍生品嗎？我們的數(shù)據(jù)表明Wnt-2陽性的細(xì)胞存在于肺發(fā)生之前，幫助肺和心臟的共同發(fā)展。”

    Morrisey 實(shí)驗(yàn)室從一組簡單的問題開始：肺和心臟是如何共同發(fā)展的以及調(diào)節(jié)這一過程的共同的信號？這項(xiàng)工作的重大發(fā)現(xiàn)在于發(fā)現(xiàn)了 Wnt2 基因。

    “Wnt2 基因表達(dá)在胚胎早期的一個(gè)*的地方——具體在心臟和前腸管之間，這也是肺發(fā)生的地方。”這就允許科學(xué)家們在小鼠身上創(chuàng)造模型，小鼠身上心肺的解剖結(jié)構(gòu)與人的非常相似，那么 Wnt2 陽性細(xì)胞是否可以協(xié)調(diào)心肺的發(fā)展呢？

    使用細(xì)胞系追蹤分析，他們發(fā)現(xiàn) Wnt2 細(xì)胞可以形成單獨(dú)的克隆，反過來，形成心和肺組織，包括心肌細(xì)胞和血管細(xì)胞比如血管的平滑肌。確實(shí)， CPPs 能夠形成大量的早期心和肺的胚胎細(xì)胞類型。這些研究表明不同的細(xì)胞系在肺內(nèi)是相關(guān)的，比如平滑肌血管和呼吸道平滑肌在肺內(nèi)共享一個(gè)祖細(xì)胞。

    CPPs 的發(fā)展通過另一個(gè)已知的蛋白 hedgehog 調(diào)控，這個(gè)蛋白可以使肺血管和心得到合適的連接。這些研究表明 hedgehog 蛋白，表達(dá)在肺的祖細(xì)胞幫助促進(jìn) CPPs 分化成肺血管的平滑肌。

    總之，這些研究發(fā)現(xiàn)了一群新的心肺祖細(xì)胞，用來協(xié)調(diào)心和肺的發(fā)展從而來適應(yīng)陸地的生活。

    CPPs 細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)對于疾病的研究也和很重要，比如肺動脈高壓的發(fā)生。目前還不清楚肺動脈高壓主要是肺的疾病還是心臟和血管系統(tǒng)存在的缺陷。 CPPs 發(fā)現(xiàn)為研究肺動脈高壓提供很好的線索。進(jìn)一步的研究針對 CPPs 細(xì)胞是否存在于成年人的心肺系統(tǒng)中以及是否在心肺損傷和疾病過程中扮演著重要的角色。