心血管疾病不论国内或国外都是名列前三的死亡原因。有些人心脏病发后幸运捡回一命,但受损的心脏伤害已造成且无法自我修复,心脏肌肉细胞坏死的部分会被纤维组织取代,数周后坏死部分将纤维化而失去心脏肌肉正常收缩功能,此时心脏很容易再次出状况,甚至失去维持生命的功能。若有什么治疗方法能帮助病患修复受损的心脏,使其恢复功能,这将是现代医学的一大跃进。
先前科学家已发现斑马鱼有很多器官组织都有再生能力,如尾鳍及脊椎神经等。2002 年哈佛大学科学家进一步证实,将斑马鱼成鱼的心室切割 15%~20% 后,鱼的心脏能在一、两个月后完全再生,这项重大发现刊登于重磅的《科学》(Science)期刊。生物医学家以此为起点,持续朝向使“人类心脏组织再生”的目标迈进。
斑马鱼饲养及繁殖皆很容易,适当的控制光周期就可刺激雌鱼产卵数百颗,且只需间隔 3~6 天又能再次产卵。更重要的是它的器官构造、生理功能、基因结构及发育过程等都与哺乳动物非常相似,且胚胎及幼鱼时期全身透明,因此无论肌肉、心脏、肝脏、肠道、血球等器官组织,只要在解剖显微镜下就清楚可见。基于这些特性,斑马鱼早就被许多生物学家运用于研究各种生命现象,甚至用于药物筛选。
斑马鱼为研究人类心脏再生的“模式动物”近年似乎遭遇瓶颈,例如在斑马鱼身上操作某些已知会影响心脏发育的基因表现,仅止于再次验证该基因的重要性,无助于发现新的调控基因。比较演化上相距遥远的不同物种,亦很难证明某基因确实在调控组织“再生”与“纤维化”间扮演重要角色。然而最近英国牛津大学的科学家,似乎在另外一种小鱼身上找到突破的契机。
(Source:论文)
约在 150 万年前,原本生活于墨西哥河流的小鱼(墨西哥丽脂鲤,Astyanax mexicanus)可能是在一次大洪水期间,部分小鱼被冲进与世隔绝的黑暗洞穴。经过漫长的时间,这些洞穴小鱼逐渐演化出更适应洞穴食物稀少、没有任何光线的生存环境。它们失去了视觉,取而代之的是非常灵敏的味蕾及侧线系统,以帮助它们于黑暗中猎取食物;它们也改变了新陈代谢模式,以度过长时间没有食物的时期。由于洞穴及河流的小鱼在演化上仍极为相近,所以依旧可互相交配繁殖,这提供遗传科学家找出染色体特定区域和某种性状间的关系。
最近牛津大学生理解剖暨遗传学系教授 Mommersteeg 博士进一步发现,在河流生活的墨西哥小鱼,心脏受伤后也可以完全修复,但洞穴小鱼则失去了此能力。当研究团队比较这两种族群的小鱼,心脏受损后基因表现有何不同后发现,河流小鱼心脏受损后 lrrc10 基因明显上升,而洞穴小鱼没有此现象,推测 lrrc10 可能是心脏修复的重要基因。后续实验他们将斑马鱼的 lrrc10 基因关闭,结果也使斑马鱼丧失修复心肌的功能,反而出现心脏纤维化组织(疤痕),这项结果更证明此基因对心脏修复的重要性!研究成果已刊登于今年 11 月的《细胞报导》(Cell Report)期刊。
Mommersteeg 博士说:“虽然现在言之过早,但我们对这些神奇小鱼带来的可能影响感到无比兴奋,也许有一天我们真能修复人类受损的心脏!”人体也有 lrrc10 基因,且已知与扩张性心肌病变(Dilated Cardiomyopathy)有关(注)。
英国心脏基金会(British Heart Foundation)的 Metin Avkiran 教授指出,在英国,心脏衰竭患者的存活率 20 年来几乎没有任何改善,有些患者的存活期甚至比许多癌症病患还短,突破性进展真是刻不容缓。
注:一种因心室扩大而使心脏收缩力下降的心脏疾病。
- Heart Regeneration in the Mexican Cavefish
- Mexican tetra fish may offer heart repair clues
(首图为墨西哥丽脂鲤;来源:Clinton & Charles Robertson from RAF Lakenheath, UK & San Marcos, TX, USA & UK [CC BY 2.0], via Wikimedia Commons)