2022-05-09

Cell Stem Cell | 培养心肌细胞获突破，可用于替代衰老心肌

图灵基因 图灵基因 2022-05-09 11:51

收录于合集#前沿分子生物学机制

人类多能干细胞（PSC）可以通过培养产生身体需要自我修复的任何细胞或组织。然而，为特定细胞（例如跳动的心肌细胞）开发技术以实现这一目标，需要详细了解调节因子和发育途径。

“尽管有重大的技术进步，但源自人类PSC的细胞类型在功能上仍然不成熟。就来源于人类PSC的心肌细胞（hPSC-CMs）而言，这限制了它们在再生医学和疾病建模中的应用，因为生成的细胞并不能完全代表在成人心脏中发现的细胞，而是更接近20周龄的胎儿心脏。”西奈山伊坎医学院Black家庭干细胞研究所和Mindich儿童健康与发展研究所细胞、发育和再生生物学副教授Nicole C. Dubois博士说。

Dubois的实验室对了解早期心脏发育和疾病很感兴趣。她的团队使用小鼠胚胎和hPSC来研究指定细胞命运的机制。

由Dubois的研究生Nadeera Wickramasinghe博士领导的一项新研究，调节了PPAR（过氧化物酶体增殖物激活受体）信号通路，该通路在心肌细胞的成熟过程中起着重要作用，可在培养中重现该细胞在子宫中的成熟和进行性特化。

该研究结果发表在《Cell Stem Cell》杂志上的一篇题为“PPARdelta activation induces metabolic and contractile maturation of human pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes”的文章中。本研究描述了在实验室中从hPSC生成功能性成人心肌细胞的可重复性和可扩展性方案将促进各种基础研究和临床方法。

“我们发现了一种亚型特异性成熟反应，其中PPARdelta信号激活特别能够增强hPSC-CM的代谢、结构和收缩成熟。这是第一次以这种亚型特异性方式阐明PPAR信号传导。”Dubois和Wickramasinghe说。

“PPARdelta而非PPARalpha对心脏成熟有如此有效的影响，这种特异性是出人意料的。这种新的成熟策略提供了一种在培养中生成成熟心脏细胞的简单而稳健的方法，可用于许多应用，例如药物筛选、疾病建模或衰竭心脏的细胞替代疗法。”他们补充道。

研究小组确定了蛋白质PPARdelta在诱导实验室生成的心肌细胞从糖酵解到脂肪酸氧化的代谢转变中的作用，这是它们成熟的关键步骤，并控制这些细胞是从葡萄糖还是脂肪酸中产生能量。

“我们整合并优化了扩展单层培养、3D组织培养和乳酸选择的方案，以分析不同培养形式和代谢操作对hPSC-CM的影响。”Dubois和Wickramasinghe说。

研究小组表明，PPARdelta信号在有效激活基因调控网络方面发挥着独特的作用，该网络可增加脂肪酸氧化、线粒体和过氧化物酶体的数量和组织，以及心肌细胞的大小、肌原纤维布局和收缩性。

短暂暴露于乳酸通常用于纯化hPSC CMs。这种治疗触发了心脏细胞成熟的独立分子程序。在这项研究中，作者表明，乳酸处理与PPARdelta激活相结合，进一步增加了氧化代谢，允许从碳水化合物和脂肪酸中产生能量。

通过与该研究的合著者、药理学教授Avi Ma'ayan医学博士合作，该团队开发了一个全面且可公开访问的hPSC-CM转录组变化基因表达数据集，这对研究PPAR信号、乳酸选择或研究或药物试验筛选靶点的研究人员可能很有价值。

Dubois和Wickramasinghe很高兴能够使用成熟的hPSC-CM来模拟疾病并开发再生疗法。他们说：“我们对研究脂肪酸氧化障碍很感兴趣，这将依赖于优先使用脂肪酸氧化作为能源的CM。我们还将探索在梗塞后的移植中使用这些成熟的hPSC-CM。”

Dubois补充说：“这项工作将创造令人兴奋的机会，通过结合发育生物学、转录组学、收缩测量和药物测试等多学科方法进一步评估人类心脏生物学。我们正在进一步了解如何利用我们对人类发育的知识，来改善获得成熟人类细胞类型的途径。”

这项工作得到了Mindich儿童健康与发展研究所、美国国立卫生研究院（NIH）和国家心肺血液研究所（NHLBI）的资助。