上海生科院等利用谱系示踪技术揭示心脏c-Kit 细

作者: 生命科学  发布:2019-10-30

那么,用干细胞治疗心脏疾病的前景如何?周斌认为,心脏的干细胞治疗及相关研究是一个非常广泛的领域,皮艾罗·安维萨心肌干细胞的研究只是其中的一种,它并不应波及我国在该领域内其它方面的相关研究。“因为利用干细胞治疗心脏疾病的机制可能有多种。比如,干细胞可能通过旁分泌及免疫调节的作用而非直接分化形成心肌细胞来改善心脏的功能;其次,成体心脏虽然不存在心肌干细胞,但不能否认胚胎干细胞分化成为心肌细胞的潜能。此外,在体外通过诱导分化的方式诱导多能干细胞和成纤维细胞等通过分化或转分化形成心肌细胞的相关研究,也已经得到证实。”

12月4日,Cell Research在线发表了中国科学院上海生命科学研究院营养科学研究所心脏发育与再生实验室的研究论文:Genetic lineage tracing identifies in situ Kit-expressing cardiomyocytes。该研究利用谱系示踪技术揭示心脏c-Kit 干细胞在心脏生理稳态和损伤修复再生中主要形成冠状动脉内皮细胞,很少贡献心肌细胞,这为心脏干细胞及再生研究提供了理论基础和新的思路。

皮艾罗·安维萨论文造假的主要内容是什么?

c-Kit CreER标记极少量的心肌细胞和部分内皮细胞(红色为RFP,蓝色为心肌细胞,绿色为内皮细胞)

两位研究者指出,应从论文造假事件中汲取教训,但不应将其造假的研究与干细胞心肌修复研究混为一谈,更不宜自乱阵脚,影响我国细胞治疗心脏疾病的研究。不过,徐清波也指出,一些涉及心脏干细胞的实验都需要对试验结果进行重新解读。

上海生科院营养所周斌研究组采用新构建的c-Kit CreER小鼠与Rosa-RFP报告基因小鼠结合对c-Kit 细胞进行遗传谱系示踪,研究c-Kit 细胞在成体心脏中的分布以及是否参与心脏的修复和再生。结果发现不论是在心脏的生理稳态还是心脏梗死后,c-Kit 细胞都极少贡献心肌细胞,大部分的c-Kit 细胞都是血管内皮细胞,这与vanBerlo等的研究结果相一致。进一步的分析发现,损伤前后c-Kit CreER标记的心肌细胞比例没有明显的差异,心梗并没有促进c-Kit 细胞转分化为心肌细胞,由此推测c-Kit 细胞并不是心肌干细胞,极少被c-KitCreER标记的心肌细胞可能是之前表达c-Kit的心肌细胞。为了验证这一假设,研究人员采用即时谱系示踪的方法,24-48小时诱导c-Kit CreER;Rosa-RFP后发现存在RFP 的心肌细胞,c-KitGFP小鼠的部分心肌细胞表达GFP也证明了这一假设。为了更进一步证明心肌细胞里存在KIT蛋白的表达,研究人员分离了小鼠的心肌细胞并染色,发现有极少量的心肌细胞正在表达KIT。研究得出c-Kit 细胞并不是心肌细胞,被c-Kit CreER谱系示踪到的心肌细胞是自身表达c-Kit的心肌细胞,解释了极少部分心肌细胞被c-KitCreER标记追踪的原因。该工作证明了c-Kit 细胞在心脏生理稳态和损伤修复中主要贡献的是冠状动脉内皮细胞,而不是心肌细胞。

论文造假涉及什么内容?他的研究与我国同领域的研究有何异同?干细胞治疗心脏疾病的研究还要不要搞?

该课题主要由上海生科院营养所博士生刘巧珍、杨睿在研究员周斌的指导下完成。该工作得到了合作者香港中文大学教授吕爱兰、阜外医院教授胡盛寿、复旦大学教授颜彦、浙江大学教授张力、上海交通大学教授乔增勇及阿斯利康公司Qing-Dong Wang的大力帮助,获科技部“973”项目、国家自然科学基金等支持。

皮艾罗·安维萨的研究是否会对我国的研究产生影响?

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同时,两位科学家也指出,在鼓励探索的同时,必须本着实事求是、尊重科学的态度。徐清波认为,目前的研究重心,仍然需要放在基础科研上。在具有详实有效充分的基础研究证据之前,科研工作者应当谨慎将其应用于临床。

心脏相关疾病是世界上发病率和死亡率较高的疾病之一。虽然目前的治疗策略在一定程度上改善了疾病的症状并延长病人寿命,但都没有从根本上解决心肌组织损失的问题。因此,干细胞/祖细胞疗法已经成为心脏修复和再生的重要方法。在这些方法中,c-Kit 细胞更是集治疗潜力与争议性于一身,成为目前心脏干细胞研究领域的热点问题之一。近几年关于c-Kit 细胞的研究仍存在很大争论,Ellison等利用表达c-KitCre的慢病毒感染Rosa-YFP报告基因小鼠,从而对c-Kit 细胞进行谱系示踪,发现心脏损伤后8%的心肌细胞来源于c-Kit 心肌干细胞,认为c-Kit 细胞具有在体内分化成心肌细胞的能力。而van Berlo等采用c-Kit MerCreMer和c-Kit Cre小鼠示踪c-Kit 细胞,发现c-Kit 细胞无论是在心脏发育还是出生后心脏损伤和衰老过程中都很少贡献心肌细胞。因此,关于c-Kit 细胞是否为心脏干细胞、能否用于心脏再生治疗,以及其来源和在组织生理平衡和损伤修复中的功能都亟需进一步的研究和探索。

“所以,关于c-Kit 心肌干细胞的研究,目前领域内已经基本达成共识:骨髓和成体心脏中的c-Kit 细胞都不是心肌干细胞,它们不会在体内贡献心肌细胞。”周斌说。

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“他的论文主要存在两个问题。”中科院生物化学与细胞生物学研究所研究员周斌介绍说,一个是移植骨髓来源的c-Kit 细胞可在受损心肌形成心肌细胞。皮艾罗·安维萨研究组于2001年在《自然》杂志发表文章称:将骨髓来源的c-Kit 干细胞移植到受损的小鼠心脏后,损伤区组织发生了大面积的心肌细胞再生,心脏得到明显的修复,这些新生成的心肌细胞源于骨髓来源的c-Kit 细胞的分化。“该文章在2004年已经被两篇发表于《自然》的论文证实‘无法重复’。”

徐清波指出,我国在心肌损伤修复方面的研究有两点重要贡献:一是诱导干细胞分化为心肌谱系细胞。诱导多能干细胞分化为心肌细胞的研究结果被证明是有效可信的,诱导多能干细胞分化的心肌细胞得到的心肌组织片在改善缺血心脏功能上有重大潜能;二是细胞旁分泌。虽然不存在成人心肌干细胞,但是多种细胞包括间充质干细胞等,可通过细胞旁分泌的作用帮助改善心肌功能。

周斌和徐清波指出,两者的研究思路虽然都是干细胞疗法,但研究的重点和具体的路径并不相同。皮艾罗·安维萨的研究集中在“c-Kit 干细胞可以分化为心肌细胞、进而改善心脏功能”,包括源自骨髓的c-Kit 干细胞和心脏“自身存在”的c-Kit 干细胞。

科学家们一直在开展利用干细胞治疗心脏疾病等各种疾病的探索。但是,近年来发生的几起学术造假事件,特别是去年10月被曝光的美国科学家皮艾罗·安维萨(PieroAnversa)心肌干细胞研究造假事件,给干细胞研究蒙上了阴影,也由此引发了公众对“干细胞疗法治疗心脏疾病是否靠谱”的质疑。

长期从事干细胞与血管病研究的英国伦敦大学国王学院双讲席教授徐清波认为,导致皮艾罗·安维萨论文造假的原因有二:“一是他对科学研究带有预设结果的思维,对做出重大发现的期待过高,对实验结果的解读过于轻率。第二个原因是需要警惕实验结果的‘假阳性’。”科研工作者在概念提出时要清楚地说明概念建立的前提状况;在新的技术出现后,应对原有概念的局限性及时作出更新,而不应置若罔闻、固执己见。

我国开展的研究与造假论文不同

干细胞治疗心脏病,靠不靠谱?
科学家认为国外造假不应殃及我国相关研究

周斌说,第二个问题是认为“成体心脏存在内源性心肌干细胞”。2003年,皮艾罗·安维萨的实验室在《细胞》杂志发表的一篇论文称:成体心脏本身存在着一群c-Kit 干细胞,这群细胞在心脏损伤后具有分化形成心肌细胞的能力。“但是在2014—2016年,国际上先后有三个独立的实验室利用体内遗传示踪的方式证实:成体心脏内的c-Kit 细胞基本不具有分化形成心肌细胞的能力,即并非心肌干细胞。”

造假论文主要存在两个问题

周斌说,我国目前的研究主要是通过干细胞移植来治疗心脏疾病,移植的干细胞主要通过旁分泌、免疫调节效应来改善心脏组织内部的微环境,如促进血管新生、保护损伤心肌组织、促进心肌细胞增殖及减少组织纤维化等,改善心脏功能。

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