【重磅研究】两个首次|斑马鱼研究揭示心脏病发作的治疗和神经干细胞活化协同作用

斑马鱼和人类基因有着87%的高度相似性，作为模式生物的优势很突出，这意味着其实验结果大多数情况下适用于人体。科学家也常常感叹：像斑马鱼这种微小的小鱼竟有可能挽救许多生命，并帮助新药物开发。

斑马鱼&心脏病发作的治疗

众所周知，斑马鱼可以治愈自己的心脏，但是直到现在，它们如何实现这种令人难以置信的行为的仍是未知之谜。2021年4月9日，悉尼Victor Chang心脏研究所的科学家在《Science》期刊上发表了一篇论文，题为“Krüppel-like factor 1 is a core cardiomyogenic trigger in zebrafish”。在该研究中，研究团队首次发现了一个关键基因：Klf1，它充当斑马鱼中细胞的遗传开关，在斑马鱼心脏病发作后进行分裂和繁殖，从而使这些鱼的受损心肌得以完全再生和愈合。

Klf1，以前仅在红细胞中被发现，现在悉尼的科学家首次发现它在治愈受损心脏方面起着至关重要的开关作用。

研究人员表示：Klf1在损伤后在心肌细胞中特异性表达，足以刺激新的心肌细胞产生。其通过对心脏转录因子网络的表观遗传重编程以实现效果。Klf1诱导的线粒体代谢从氧化呼吸到合成代谢途径的重新连接支持了心肌的扩张。

去除这一基因后，斑马鱼在遭受心脏病等伤害后丧失了自我修复的能力，因此确认其为至关重要的自我修复工具。

研究人员还发现该基因在心脏的早期发育中不起作用，并且其再生特性仅在心脏受伤后才打开，当心脏完全愈合时，它会关闭。

可见，该基因作用是使剩余的未受伤的心肌细胞更加不成熟，并改变其代谢途径，从而能够分裂并形成新的细胞。

这是世界首创的用来改变心脏病患者和其他心脏病的治疗方法。为日后研究提供线索，并对人类心脏的再生提供思路，从而提高心脏向人体泵送血液的能力。

斑马鱼&神经干细胞活化协同作用

在所有成年脊椎动物中，神经干细胞都可以在大脑中产生新的神经元。然而，我们对这些所谓的“激活”过程知之甚少。2021年4月5日，巴斯德研究所、法国国家科学研究中心(CNRS)和特拉维夫大学的科学家们与科尔理工学院(cole Polytechnique)和INRAE合作,在《Cell Stem Cell》发表了一篇期刊，题为“Dynamic spatiotemporal coordination of neural stem cell fate decisions occurs through local feedback in the adult vertebrate brain”。该研究成功地对斑马鱼脊椎动物模型的成年大脑神经干细胞激活进行了3D可视化和时空分布分析。他们的发现首次证明了这些细胞的活化活动在时间和空间上是协调的。特别是，这些结果可能有助于提高我们对脑瘤形成过程中触发的调控过程的理解。

干细胞存在于包括人类在内的脊椎动物的许多成年器官中，能够增殖和分化产生新的功能细胞。在大多数时候，神经干细胞处于一种被称为“静止”的休眠状态。

为了产生神经元，它们必须首先激活，然后分裂。这个活化阶段是至关重要的:它是干细胞招募的先决条件，也是它们生存的关键(过度活化的细胞很快就会精疲力竭)，也是形成神经元的位置和类型的关键。

神经干细胞以随机顺序和不同步的方式激活并返回休眠状态，这表明这些事件可能在细胞群体水平上是协调的。

巴斯德研究所斑马鱼神经遗传学部门的科学家选择斑马鱼来验证这一假设，因为斑马鱼的成年大脑含有大量的神经干细胞，在其他方面类似于哺乳动物的干细胞。

研究团队将整个神经干细胞种群在数周内的体内生态位的动态成像与药理学操作，数学建模和空间统计相结合，并证明神经干细胞使用时空解析的局部反馈信号来协调其决定在成年斑马鱼脑中分裂的决定。这些包括Notch介导的瞬时神经祖细胞的短程抑制和来自分裂的NSC自身的分散效应，延迟了9-12天。

研究人员说：“这是首次对成年脊椎动物大脑中的整个神经干细胞种群进行实时和长期成像。这些发现首次证明了脊椎动物大脑中的神经干细胞激活事件在生态位内的时间和空间上是协调的。”

这项研究也证明了干细胞本身也参与了这种协调。因此，本研究提出了一个新的概念，即干细胞群体作为一个动态系统自组织，能够在时空上协调每个个体细胞的行为。

这种调控可能发生在含有癌干细胞的肿瘤肿块中，在肿瘤肿块中，已经观察到各种静止或激活状态的干细胞。这也可能发生在其他成体器官的干细胞群中，在那里干细胞被发现在紧凑的壁龛中，如上皮细胞。（转化医学网360zhyx.com）

参考资料：

[1]https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S193459092100120X

[2]https://science.sciencemag.org/content/372/6538/201