微小细胞“天线”有助于解释婴儿为何出生时患心脏缺陷
微小细胞“天线”有助于解释婴儿为何出生时患心脏缺陷
先天性心脏病是最常见的出生缺陷之一，全球每100名新生儿中就有约2人罹患该病。科学家仍在努力弄清楚这些心脏异常究竟为何会发生。近日，丹麦哥本哈根大学的研究团队发现了一种此前未知的细胞机制，为解释心脏异常形成提供重要线索。相关论文发表于《公共科学图书馆-生物学》。
科学家发现了一种隐藏的细胞“天线”系统，可能有助于解释为何一些婴儿出生时患有心脏缺陷。图片来源：Shutterstock
“我们发现了一套位于细胞表面的新通信系统，它对胚胎阶段心脏的正常形成至关重要。这一发现刷新了我们对部分先天性心脏病成因的认知。可以说，我们找到了这台高度复杂机器中的一枚重要齿轮。”先天性心脏病专家、哥本哈根大学教授Lars Allan Larsen表示。
新发现的机制作用于初级纤毛，这是一种从人体大多数细胞表面伸出的微小天线状结构。初级纤毛帮助细胞感知并解读周围环境的化学信号。这些信号可影响细胞的重要决策，包括是否分裂、移动或死亡。
研究人员发现，TAK1、TAB2和PKA-Cα这3种蛋白质在细胞“天线”内部协同作用，形成一个信号枢纽。它们的活性似乎对心脏的正常发育至关重要。
“这些蛋白质就像分子指令，告诉干细胞何时以及如何发育成心肌细胞。然而，基因突变可能破坏这种通信，导致‘天线缺陷’，从而引发先天性心脏病。” 哥本哈根大学教授S?ren Tvorup Christensen解释道。
先天性心脏病是指在胚胎发育过程中出现的心脏结构异常，全球每年约有230万至250万名新生儿患有此病。部分先天性心脏缺陷属于更广泛的遗传综合征的一部分，这类综合征还可能导致身体其他部位出现异常。此类情况被称为综合征型先天性心脏病。当儿童仅患有先天性心脏缺陷而无其他并发症时，则被归类为非综合征型先天性心脏病。而此次研究重点关注的是综合征型心脏心脏病。
为研究这一系统，研究人员将先天性心脏病患者的基因信息与斑马鱼、人类细胞及小鼠干细胞的实验相结合。他们首先分析了数千名先天性心脏病患者的基因数据，寻找罕见突变，并比较特定基因变异在患者与健康个体中的出现频率。在患者中出现频率较高的变异体被认为更有可能导致该疾病。
随后，研究团队测试了这些基因变化的实际作用。科学家利用基因工程技术，在斑马鱼体内重现了相同的突变，并观察其对心脏发育的影响。结果显示，这些基因的改变会干扰正常的心脏发育，并降低斑马鱼的心脏功能。
研究人员还在实验室中研究了多种类型的细胞。这些实验使他们能够更详细地分析信号系统，并确定当分子通信通路被破坏时会发生什么。
患者的遗传数据与实验结果共同表明，初级纤毛是可能导致先天性心脏病的重要环节。“我们从多个不同角度、采用多种不同方法来研究这一机制，所有结果都支持我们在患者身上观察到的现象。因此，我们认为，这一机制在人类中也存在。” Lars Allan Larsen表示。
由于证据主要来自基因关联和实验模型，研究人员目前尚无法确切确定该机制在人类中具体如何运作。然而，他们表示，综合研究结果提供了强有力的证据，表明这一过程在人类中同样具有相关性。
相关论文信息： https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3003902