·模擬調(diào)控心內(nèi)膜細(xì)胞的變化過程，生成更多的血管來供血，就能避免大面積的心肌凋亡，修復(fù)心臟損傷。這也是一個(gè)有前景的應(yīng)用方向。

【編者按】

9月29日是第23個(gè)世界心臟日，“萬眾一心”是今年的主題。由世界心臟聯(lián)盟確定并創(chuàng)設(shè)于1999年，其目的是在世界范圍內(nèi)宣傳有關(guān)心臟健康的知識(shí)，并讓公眾認(rèn)識(shí)到生命需要健康的心臟。

澎湃科技2022年“世界心臟日”專題，聚焦一項(xiàng)持續(xù)百年的科學(xué)探索、一場(chǎng)中國首例國產(chǎn)全磁懸浮式“人工心臟”植入手術(shù)、一位探索心血管再生的青年科學(xué)家，希望更多人關(guān)心健康，從“心”開始。

唐娟所在團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)，在心臟發(fā)育過程中，心內(nèi)膜細(xì)胞會(huì)動(dòng)脈化，幫助心臟供血。

世界衛(wèi)生組織數(shù)據(jù)顯示，全球每年心血管疾病導(dǎo)致175萬人死亡，占全球死亡人數(shù)的31%。全球因心臟疾病而死亡的人數(shù)已經(jīng)超過任何其他疾病。在中國，由心血管疾病引發(fā)的死亡人數(shù)一直居于首位，其中因心肌梗死引起的心肌細(xì)胞丟失而導(dǎo)致的心力衰竭，是心血管病總死亡率不斷上升的主要原因。

長期以來，科學(xué)界公認(rèn)，“心肌梗死或心肌受損后不能有效自我修復(fù)”，如何修復(fù)受傷的心肌，幫助心臟再生，成為科學(xué)家需要攻克的難題。

2018年10月，美國干細(xì)胞領(lǐng)域大牛Piero Anversa被證實(shí)論文造假，“c-kit陽性心臟干細(xì)胞分化為心肌細(xì)胞”事實(shí)上并不存在。多年來，許多重復(fù)試驗(yàn)失敗，令該學(xué)說屢遭質(zhì)疑，卻依然占據(jù)著主流。

對(duì)其完成“最后一擊”的是中國科學(xué)院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心周斌課題組。當(dāng)年5月，他們發(fā)現(xiàn)，不論是處于心臟的生理穩(wěn)態(tài)還是心肌梗死后，成體小鼠中的內(nèi)源性非心肌細(xì)胞不會(huì)形成心肌細(xì)胞。

這一結(jié)論雖然令人沮喪，卻也在意料之中。當(dāng)時(shí)，現(xiàn)任同濟(jì)大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院“百人計(jì)劃”特聘研究員的唐娟，正在周斌實(shí)驗(yàn)室做博士后研究。一年前剛進(jìn)組時(shí)，她便接手了另一個(gè)重要課題Sca1+心臟干細(xì)胞的命運(yùn)研究，成功搭建起小鼠的譜系示蹤模型。在隨后的三年里，她一步步探索Sca1+細(xì)胞在心臟和血管中的轉(zhuǎn)分化情況，盡管仍然沒有發(fā)現(xiàn)分化出心肌細(xì)胞，卻為血管再生修復(fù)提供了新的見解。

憑借一系列出色的工作，今年8月底，唐娟入選了第二屆“上海科技青年35人引領(lǐng)計(jì)劃”。

在9月29日“第23個(gè)世界心臟日”前夕，唐娟接受了澎湃新聞?dòng)浾撸╳ww.kxwhcb.com）的專訪。

唐娟現(xiàn)任同濟(jì)大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院“百人計(jì)劃”特聘研究員。

講述細(xì)胞命運(yùn)的“完整故事”

多細(xì)胞生物的生長發(fā)育基于細(xì)胞分裂和分化。在一定的生理或者病理?xiàng)l件下，某些終末分化的成體細(xì)胞也會(huì)發(fā)生去分化（dedifferentiation）或者轉(zhuǎn)分化 ( transdifferentiation)，變?yōu)榱硗庖环N細(xì)胞或組織類型，例如腫瘤的發(fā)生、心臟成纖維細(xì)胞再編程轉(zhuǎn)分化為心肌細(xì)胞等現(xiàn)象。由于胚胎干細(xì)胞存在倫理的爭(zhēng)議，成體干細(xì)胞日益被視作人體組織再生的解決方案。

單個(gè)細(xì)胞及其所有后代細(xì)胞的分化和發(fā)育活動(dòng)，被稱作細(xì)胞的命運(yùn)決定。細(xì)胞譜系示蹤可以追蹤和觀察這一過程。

2018年12月，一篇題為“成年小鼠心臟中Sca1+心臟祖細(xì)胞的命運(yùn)圖譜”的論文以“research letter”的形式發(fā)表在國際心血管領(lǐng)域頂尖期刊《Circulation》上，唐娟是第一作者。研究使用Cre-loxP 介導(dǎo)的譜系示蹤技術(shù)，發(fā)現(xiàn)在正常生理和心臟損傷模型中，成體Sca1+心臟干細(xì)胞并不轉(zhuǎn)分化為心肌細(xì)胞，但具有轉(zhuǎn)分化成血管內(nèi)皮細(xì)胞和成纖維細(xì)胞的潛能，從而通過血管新生促進(jìn)心臟修復(fù)。

同期共有5篇Sca1+心臟干細(xì)胞相關(guān)研究發(fā)表，得出了一致的結(jié)論。哈佛大學(xué)教授理查德·李（Richard T. Lee）撰寫專題評(píng)論指出，譜系示蹤技術(shù)的發(fā)展改變了原有的認(rèn)知，形成新的共識(shí)，“這本質(zhì)上就是科學(xué)的過程……我們應(yīng)該為在本期刊物中從事成體干細(xì)胞研究的研究人員鼓掌，而那些開啟這場(chǎng)冒險(xiǎn)的研究人員同樣值得掌聲。從長遠(yuǎn)來看，科學(xué)更像是一項(xiàng)團(tuán)隊(duì)運(yùn)動(dòng)，而不是個(gè)人運(yùn)動(dòng)。”

回望這段經(jīng)歷，唐娟則更加意識(shí)到，重要的科研工作往往十分考驗(yàn)時(shí)效性，“如果沒有及時(shí)完成，即使再重要，等別人已經(jīng)發(fā)表了，可能就沒用了。”她也認(rèn)為，對(duì)心臟成體Sca1+干細(xì)胞轉(zhuǎn)分化為心肌細(xì)胞潛能的否定，主要源于技術(shù)的進(jìn)步，但科研人員應(yīng)該具備勇于質(zhì)疑權(quán)威的科學(xué)精神。

完成Sca1+心臟干細(xì)胞的工作后，唐娟并沒有放下。她注意到血管周邊的基質(zhì)細(xì)胞也表達(dá)Sca1+，好奇它在血管中的作用。早在2004年就有研究表明，通過移植Sca1+細(xì)胞，可以分化為平滑肌細(xì)胞，從而影響血管再生修復(fù)。可當(dāng)她構(gòu)建了小鼠的血管輕微損傷模型后，卻沒有追蹤到Sca1+干細(xì)胞向平滑肌細(xì)胞分化。

“一開始看到negative的結(jié)果，有點(diǎn)沮喪，但其實(shí)這屬于固定思維，后來一想，觸發(fā)轉(zhuǎn)分化的機(jī)制，可能會(huì)受到不同的微環(huán)境和條件的影響。”唐娟說。果然，在血管嚴(yán)重?fù)p傷的模型下，當(dāng)大量的平滑肌細(xì)胞凋亡后，觀察到了Sca1+細(xì)胞的分化。

做到這一步，唐娟還希望繼續(xù)深入挖掘。血管中的Sca1標(biāo)記了多種細(xì)胞，包括內(nèi)皮細(xì)胞、脂肪細(xì)胞以及炎癥細(xì)胞，而基質(zhì)細(xì)胞還分為PDGFRa+和PDGFRb+兩個(gè)亞群，究竟哪一種才是轉(zhuǎn)分化為平滑肌細(xì)胞的來源呢？通過團(tuán)隊(duì)最新開發(fā)的雙同源重組系統(tǒng)譜系示蹤技術(shù)，答案最終鎖定為Sca1+PDGFRa+細(xì)胞。

而憑借博士階段積累的分子生物學(xué)背景，唐娟接著闡明了YAP基因在轉(zhuǎn)分化中起到的重要作用，“到這里我覺得就是一個(gè)完整圓滿的故事了，確實(shí)沒有辜負(fù)我們的想法。這個(gè)過程特別順暢，課題做著做著又會(huì)發(fā)現(xiàn)有新的課題。”唐娟說。

唐娟與學(xué)生。

致力修復(fù)心臟損傷

此后，唐娟又完成了成體Sca1+內(nèi)皮祖細(xì)胞的研究，發(fā)現(xiàn)Sca1+標(biāo)記的內(nèi)皮細(xì)胞在損傷應(yīng)激的情況下具有更強(qiáng)的增殖能力，從而通過血管新生促進(jìn)組織的損傷修復(fù)。

2019年5月份，上述幾項(xiàng)課題接近結(jié)題時(shí)，也正值唐娟預(yù)產(chǎn)期。身邊的師友包括她自己，得知懷孕后，都有些擔(dān)心她的科研生涯會(huì)被耽誤。好在她幾乎沒有遭遇妊娠反應(yīng)，每天從早上7點(diǎn)出門到晚上11點(diǎn)到家，都在實(shí)驗(yàn)室里度過，一直順利地工作到了生產(chǎn)前幾天，完成了投稿。月子還沒坐完，她又已經(jīng)端起電腦，開始新一輪的修稿工作。。

唯一投稿不那么順利、也是被寄予眾望的課題，有關(guān)冠狀動(dòng)脈生成的新機(jī)制，即心內(nèi)膜來源的管狀結(jié)構(gòu)通過動(dòng)脈化等一系列過程生成冠狀動(dòng)脈。唐娟發(fā)現(xiàn)，在心臟發(fā)育過程中，心內(nèi)膜細(xì)胞會(huì)形成前體冠狀動(dòng)脈索道，隨著心臟的發(fā)育過程，前體冠狀動(dòng)脈索道通過隨后的動(dòng)脈化形成成熟的冠狀動(dòng)脈，與已有的動(dòng)脈血管相連，幫助心臟供血。

“雖然不同時(shí)間點(diǎn)的檢測(cè)可以還原這個(gè)過程，得出最后的結(jié)論，但因?yàn)榧夹g(shù)的局限性，我們沒有辦法實(shí)時(shí)捕捉到變化的瞬間。我們?cè)?jīng)嘗試過雙光子實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，但因?yàn)樾呐K一直跳動(dòng)等問題，也沒有成功捕捉到動(dòng)態(tài)的在體轉(zhuǎn)變過程。這也是文章經(jīng)過一年多補(bǔ)充修改，仍然被頂刊主刊拒稿的原因。”唐娟介紹。直到今年年初，它才在《Circulation Research》上發(fā)表，此時(shí)的唐娟已經(jīng)加入同濟(jì)大學(xué)半年左右，開始了搭建自己獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)。

當(dāng)年博士畢業(yè)的課題論文，同樣遭遇過換投好幾份期刊的坎坷，甚至有一家經(jīng)過兩輪修稿，在最后卻未說明理由突然拒稿，令唐娟一度失去做科研的信心，考慮去企業(yè)或做行政工作，還是導(dǎo)師鼓勵(lì)她繼續(xù)努力。“似乎每次我要進(jìn)入下一個(gè)新的階段，都會(huì)給我一些磨礪。”

雖然中途體會(huì)到希望落空的失落，但更多時(shí)候，唐娟還是十分樂在其中，對(duì)心內(nèi)膜的這項(xiàng)工作產(chǎn)生了對(duì)待孩子一般的深厚感情。新生期的小鼠心臟里，標(biāo)記著星星點(diǎn)點(diǎn)的綠色熒光，隨著心臟的不斷發(fā)育，標(biāo)記綠色熒光的冠狀動(dòng)脈血管慢慢連在了一起。“每次做這個(gè)實(shí)驗(yàn)我就特別開心，很期待看它到底會(huì)變成什么樣子，”唐娟笑稱，“看著特別漂亮的圖片，心情就會(huì)很好，感覺科學(xué)的奧秘、人體的奧秘被揭開了，這是我體會(huì)的科研的快樂。”

唐娟介紹，雖然這還是一項(xiàng)基礎(chǔ)研究，但如果未來能摸索出一個(gè)小分子化合物，模擬調(diào)控心內(nèi)膜細(xì)胞的變化過程，生成更多的血管來供血，就能避免大面積的心肌凋亡，修復(fù)心臟損傷。這也是一個(gè)有前景的應(yīng)用方向。

未來，她仍將在心肌再生和增殖、血管再生修復(fù)等方向深入研究。目前她正在關(guān)注的是心臟纖維化的問題：心臟損傷梗死會(huì)產(chǎn)生瘢痕，導(dǎo)致心臟無法正常工作。在心臟損傷中，成纖維細(xì)胞具有重要作用，它可以通過分泌膠原蛋白等物質(zhì)促進(jìn)心肌細(xì)胞肥大和心臟纖維化，從而形成心臟瘢痕組織。唐娟希望能夠闡明成纖維細(xì)胞在心臟再生中的功能命運(yùn)以及與心臟中各類細(xì)胞的互作機(jī)制。

“最終的目標(biāo)是調(diào)控細(xì)胞命運(yùn)，找到好的靶向目標(biāo)，緩解心血管的損傷和疾病過程。”唐娟說，這是一個(gè)完整的鏈條，也是所有心血管研究人員的心愿。

（編者注：本文系澎湃科技與上海科技聯(lián)合推出的“正自廣闊：上海科技青年35人引領(lǐng)計(jì)劃追光報(bào)道”系列之一。敬請(qǐng)垂注更多后續(xù)報(bào)道。）