庆应大学成功实现小鼠体内心肌再生——心脏再生将成现实

生命科学 2018年01月05日

据庆应义塾大学医学部、国立研究开发法人日本医疗研究开发机构和ID Pharma株式会社于2017年12月22日发布的新闻稿报道,庆应义塾大学医学部心血管内科教研室的家田真树专任讲师、宫本和享研究员等带领的研究团队,在不破坏细胞基因的情况下,将3个心肌诱导基因导入心肌梗塞的模式小鼠心脏中,梗塞部位的心脏成纤维细胞快速、高效、直接地转化成了心肌细胞,成功改善了心脏机能。该研究成果已于12月21日发表在《Cell Stem Cell》杂志的在线速报版上。

心肌梗塞、扩张型心肌病和其他心脏病导致心肌细胞的损失部分,会被心脏内其他成纤维细胞增殖、纤维化取代,造成心脏搏动功能降低。现阶段,心脏一旦纤维化失去正常机能,还没有使其恢复到原来心肌组织的治疗方法。虽然通过诱导性多能干细胞(iPS)等干细胞制备用于心脏病的细胞移植治疗细胞源被寄予厚望,但是干细胞心脏再生疗法面临着移植后细胞存活时间短、规模化心肌细胞制备成本高、心肌细胞转化不彻底干细胞的混入将带来肿瘤风险等问题。家田讲师等致力于无需细胞移植的心肌再生法的研究,以期通过向心脏内原有的成纤维细胞导入心肌诱导基因,直接转化出心肌细胞。此前,已有报道称通过逆转录病毒载体将心肌诱导基因导入小鼠体内的心脏成纤维细胞中后,直接转化出了心肌细胞。但是目前为止该方法存在以下两大不足:1,通过逆转录病毒将心肌诱导基因整合入细胞基因组的时候,有可能对原基因组造成损伤;2,诱导效率低下,转化周期过长。

本研究中,家田讲师等和ID Pharma株式会社共同开发了能够同时表达3个心肌诱导基因(Gata4, Mef2c and Tbx5,GMT)的仙台病毒(Sendai virus,SeV)载体。通过逆转录病毒载体的方法,在体外将鼠源成纤维细胞诱导成具有兴奋收缩能力的心肌细胞的效率约为0.1%,所需时间在一个月左右;然而利用该新载体,体外诱导转化效率提高到10%(相当于100倍),仅需10天左右。而且心肌诱导基因并没有插入原成纤维细胞的基因组,所以不会造成基因组损伤突变。类似地,人源成纤维细胞导入五六个心肌诱导基因后,无需经过iPS等多能干细胞直接生成了心肌细胞,达到15%的转化率。进一步将心肌诱导仙台病毒载体导入心肌梗塞的模式小鼠心脏,一周后心肌细胞开始再生;一个月后和对照组比较,治疗组的心脏搏动机能得以改善,心肌梗塞造成的纤维化组织缩小了约50%,同时并未观察到心律失常以及对其他器官带来的副作用[图1]。

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图1 现有逆转录病毒载体法与新的仙台病毒载体法心肌诱导比较图
(上:体外实验;下:体内实验)

本研究成功建立了不需要细胞移植,快速、高效、直接的心肌再生法。今后将针对如何改善心肌诱导仙台病毒载体的免疫原性,以及大动物安全性、有效性检验展开研究,未来有望应用于心肌梗塞、扩张型心肌病等各类心脏疾病的再生医疗中[图2]。

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图2 和细胞移植疗法对比,未来心脏再生疗法示意图

文/客观日本编辑部
图/12月22日新闻稿

参考文献:
1.Miyamoto et al., Direct In Vivo Reprogramming with Sendai Virus Vectors Improves Cardiac Function after Myocardial Infarction, Cell Stem Cell (2017), https://doi.org/10.1016/j.stem.2017.11.010

相关链接:
快速高效地在小鼠体内生成心肌细胞并成功改善心脏机能--有望实现心脏再生医疗(日文)[网址]

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