Nature子刊：新研究揭示胎儿心外膜细胞具有心脏再生能力

2022年3月8日讯/生物谷BIOON/---心脏病仍然是世界上的主要死因。其中的一种原因是与骨骼和皮肤等其他组织不同，心脏在受伤后（如心脏病发作）的再生能力非常差。因此，科学家们一直在寻找具有再生能力的心脏细胞。在一项新的研究中，来自日本京都大学等研究机构的研究人员报道了利用诱导性多能干细胞（ips）产生这样的一种细胞类型---心外膜细胞。相关研究结果近期发表在npj Regenerative Medicine期刊上，论文标题为“CDH18 is a fetal epicardial biomarker regulating differentiation towards vascular smooth muscle cells”。

心外膜描述的是心脏的最外层。随着心脏的形成，心外膜细胞迁移并分化为不同的心脏细胞。然而，出生后，心外膜处于静止状态，只有在受伤后才会重新激活，产生纤维化和瘢痕。虽然这种反应并不理想，不能完全恢复心脏功能，但是在诸如斑马鱼之类的某些物种中，心外膜的重新激活是心脏再生的关键步骤。

一般来说，生长中的胎儿心脏的心外膜与完全形成的成体心脏的心外膜的行为是不同的。论文第一作者Julia Junghof说，“胚胎的心外膜是活跃的。它的细胞是增殖的，并经历了上皮-间质转化（epithelial-to-mesenchymal transition），从而形成多种心脏细胞类型。”

发育中的心外膜的明确的表面组转录本显示CD22和CDH18在晚期细胞群体中富集。图片来自npj Regenerative Medicine, 2022, doi:10.1038/s41536-022-00207-w。

为了研究这些差异，她和同事们将人ips细胞分化为心外膜细胞。他们发现钙粘蛋白18（cadherin 18, CDH18）只在胎儿心外膜细胞中表达。

论文共同通讯作者、京都大学ips细胞研究与应用中心副教授Yoshinori Yoshida说，“我们通常依靠基因的表达来识别心外膜细胞，但没有可靠的表面标志物。钙粘蛋白以细胞间粘附而闻名，但它们也参与细胞命运的决定。”

在ips细胞中人工表达基因在技术上是困难和昂贵的。使用表面标志物可以减少实验的劳动和成本，还能获得更安全的细胞，以便以后可用于患者护理。

这项新的研究发现CDH18就是这样一种的表面标志物。CDH18因其在神经系统的轴突发育和维护中的作用而更为人所知，但是该研究显示它对识别成功分化为心外膜细胞的ips细胞很有用。值得注意的是，虽然CDH18在胎儿心外膜细胞中表达，但它在成人心外膜细胞中不表达，这可能反映了心脏的不同再生特性。

CDH18表达的缺失导致心外膜细胞失去增殖能力，并引起心外膜-间质转化（epicardial-to-mesenchymal transition）而形成心脏平滑肌细胞，这就为心外膜在受伤后如何被激活以促进心脏再生提供了新的见解。

因此，测量CDH18在分化的ips细胞上的表达可能为在实验室中产生具有心脏再生能力的细胞提供了有效手段。

论文共同通讯作者、京都大学ips细胞研究与应用中心科学家Antonio Lucena-Cacace博士补充说，这些发现还提供了关于心脏再生如何在体内开启和关闭的线索。他说，“我们的研究结果展示了对心外膜-间质转化进行调节如何影响细胞命运和心外膜细胞的再生反应。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Julia Junghof et al. CDH18 is a fetal epicardial biomarker regulating differentiation towards vascular smooth muscle cells. npj Regenerative Medicine, 2022, doi:10.1038/s41536-022-00207-w.