墨西哥中部洞穴的小魚兒,幫助牛津大學科學家揭開心臟再生的祕密

作者 | 發布日期 2018 年 12 月 12 日 8:45 | 分類 生物科技 , 醫療科技 follow us in feedly

心血管疾病不論國內或國外都是名列前三的死亡原因。有些人心臟病發後幸運撿回一命,但受損的心臟傷害已造成且無法自我修復,心臟肌肉細胞壞死的部分會被纖維組織取代,數週後壞死部分將纖維化而失去心臟肌肉正常收縮功能,此時心臟很容易再次出狀況,甚至失去維持生命的功能。若有什麼治療方法能幫助病患修復受損的心臟,使其恢復功能,這將是現代醫學的一大躍進。



先前科學家已發現斑馬魚有很多器官組織都有再生能力,如尾鰭及脊椎神經等。2002 年哈佛大學科學家進一步證實,將斑馬魚成魚的心室切割 15%~20% 後,魚的心臟能在一、兩個月後完全再生,這項重大發現刊登於重磅的《科學》(Science)期刊。生物醫學家以此為起點,持續朝向使「人類心臟組織再生」的目標邁進。

斑馬魚飼養及繁殖皆很容易,適當的控制光週期就可刺激雌魚產卵數百顆,且只需間隔 3~6 天又能再次產卵。更重要的是牠的器官構造、生理功能、基因結構及發育過程等都與哺乳動物非常相似,且胚胎及幼魚時期全身透明,因此無論肌肉、心臟、肝臟、腸道、血球等器官組織,只要在解剖顯微鏡下就清楚可見。基於這些特性,斑馬魚早就被許多生物學家運用於研究各種生命現象,甚至用於藥物篩選。

斑馬魚為研究人類心臟再生的「模式動物」近年似乎遭遇瓶頸,例如在斑馬魚身上操作某些已知會影響心臟發育的基因表現,僅止於再次驗證該基因的重要性,無助於發現新的調控基因。比較演化上相距遙遠的不同物種,亦很難證明某基因確實在調控組織「再生」與「纖維化」間扮演重要角色。然而最近英國牛津大學的科學家,似乎在另外一種小魚身上找到突破的契機。

(Source:論文

約在 150 萬年前,原本生活於墨西哥河流的小魚(墨西哥麗脂鯉,Astyanax mexicanus可能是在一次大洪水期間,部分小魚被沖進與世隔絕的黑暗洞穴。經過漫長的時間,這些洞穴小魚逐漸演化出更適應洞穴食物稀少、沒有任何光線的生存環境。牠們失去了視覺,取而代之的是非常靈敏的味蕾及側線系統,以幫助牠們於黑暗中獵取食物;牠們也改變了新陳代謝模式,以度過長時間沒有食物的時期。由於洞穴及河流的小魚在演化上仍極為相近,所以依舊可互相交配繁殖,這提供遺傳科學家找出染色體特定區域和某種性狀間的關係。

最近牛津大學生理解剖暨遺傳學系教授 Mommersteeg 博士進一步發現,在河流生活的墨西哥小魚,心臟受傷後也可以完全修復,但洞穴小魚則失去了此能力。當研究團隊比較這兩種族群的小魚,心臟受損後基因表現有何不同後發現,河流小魚心臟受損後 lrrc10 基因明顯上升,而洞穴小魚沒有此現象,推測 lrrc10 可能是心臟修復的重要基因。後續實驗他們將斑馬魚的 lrrc10 基因關閉,結果也使斑馬魚喪失修復心肌的功能,反而出現心臟纖維化組織(疤痕),這項結果更證明此基因對心臟修復的重要性!研究成果已刊登於今年 11 月的《細胞報導》(Cell Report)期刊。

Mommersteeg 博士說:「雖然現在言之過早,但我們對這些神奇小魚帶來的可能影響感到無比興奮,也許有一天我們真能修復人類受損的心臟!」人體也有 lrrc10 基因,且已知與擴張性心肌病變(Dilated Cardiomyopathy)有關(註)。

英國心臟基金會(British Heart Foundation)的 Metin Avkiran 教授指出,在英國,心臟衰竭患者的存活率 20 年來幾乎沒有任何改善,有些患者的存活期甚至比許多癌症病患還短,突破性進展真是刻不容緩。

註:一種因心室擴大而使心臟收縮力下降的心臟疾病。

(首圖為墨西哥麗脂鯉;來源:Clinton & Charles Robertson from RAF Lakenheath, UK & San Marcos, TX, USA & UK [CC BY 2.0], via Wikimedia Commons