米兰官网-4厘米小鱼藏"不死之心"—新闻—科学网

于中国海洋年夜学海洋生物多样性与进化研究所的试验室，一群蓝银相间的热带淡水鱼正于透明试验水箱中游弋。这群看似十分平凡、体态纤细、最长不外4厘米的不雅赏鱼，就是中国海洋年夜学传授苏颖及赵龙团队持久研究的焦点对于象——斑马鱼。

心脏是生命的永念头，及年夜大都成年哺乳动物同样，人的心肌细胞一旦受损或者缺掉便难以增补、修复。可神奇的是，斑马鱼却拥有一个可再生的心脏。

“它们的心脏可于毁伤后经由过程一系列细胞生物学事务来天生新的心肌细胞和其他类型的心脏细胞，实现布局及功效的彻底恢复。”赵龙向《中国科学报》先容道，“解析再生历程的细胞动态与份子调控收集，被视为破解心脏再生医学难题的要害冲破口。”

近5年时间，为了揭开这个心脏再生的秘密，中国海洋年夜学团队结合青岛华年夜基因研究院潜心绘制了斑马鱼心脏再生单细胞与时空转录组图谱。研究结果在近日发表于国际学术期刊《天然—通信》，并当选为重点保举文章，编入《临床与转化研究》特刊。该结果创始性地展现了心脏再生的份子机制，被国际偕行评价为"再生医学范畴的主要冲破"。

3D心脏影像

斑马鱼心脏再生历程的单细胞与时空转录组图谱构建

发明斑马鱼拥有心脏再生的“超能力”

于心脏疾病研究范畴，哺乳动物模子是主流。

“斑马鱼这类特殊的心脏再生能力于2002年《科学》期刊中被报导后，迅速成为范畴的主要范式.”赵龙谈道，“这次研究标的目的就是基在这20多年研究堆集，联合最近几年飞速成长的空间组学及单细胞组学技能的成长确定的。”

最初接触斑马鱼，是20多年前苏颖及赵龙还有于清华园做研究生时。“于导师孟安明院士引导下，咱们其时研究斑马鱼的胚胎发育历程，此中就包括心脏的发育。”厥后赵龙出国做博后，转向斑马鱼再生方面的研究。

2016年及2019年，苏颖及赵龙前后入职中国海洋年夜学海洋生物多样性与进化研究所，带着几位研究生一路举行心脏再生研究。

团队成员用铰剪切除了斑马鱼20%摆布的心室部门，或者是用液氮局部冷冻毁伤心脏（模仿人类心肌梗死）后，再将这些心脏受损的斑马鱼放回养殖体系正常豢养。一段时间后，他们发明，前者被切除了的心室可以从头长出，并彻底恢复了心脏布局及功效，后者的心脏颠末更长的时间也一样能完成再生并恢复如初。

这类再生能力，恰是人类心脏缺掉的“超能力”。

为了越发透辟地相识这类“超能力”，苏颖及赵龙进一步明确了研究内容：完成从时间标准及空间标准上对于斑马鱼心脏再生全历程的、全器官层面的细胞动态与基因表达变化环境的体系描画。

赵龙先容道：“跟着现代组学手腕的飞速成长，咱们具有了前提举行如许的测验考试。”就此，他们逐渐走上了对于斑马鱼心脏再生的“超能力”摸索之路。

团队成员做试验

揭开心脏再生的时空暗码

2020年摆布，空间转录组技能获得蓬勃成长。于华年夜基因研究院的撑持下，项目从2021年最先举行开端技能探索，后续陆续产出了各个时间点的多组学数据，到2023年正式进入集中研究阶段。

“咱们的研究分三步：厘清斑马鱼心脏毁伤先后细胞类型和其份子特性—描画这些细胞于要害时间点呈现的变化，找出对于心脏再生尤其主要的细胞类型及基因，探究其功效及生物学运行机制。”苏颖向《中国科学报》先容。

研究中，团队借助空间转录组（Stereo-seq）及单细胞转录组（scRNA-seq）这两项“黑科技”，初次构建了斑马鱼心脏再生全历程全器官的，包罗时间及空间维度的，高分辩率细胞与基因表达动态图谱。

这就像给心脏做了一个动态的“3D基因舆图”，不仅能知道毁伤修复历程中有哪些细胞及基因活跃或者缄默沉静，还有能切确定位它们发生这些变化的时间及位置。

使人振奋的是，团队依照图谱，联合份子、细胞试验，锁定了一个名为tpm4a的要害基因。偶合的是，这个tpm4a基因刚巧是赵龙的博士论文研究对于象，他其时已经经解析了其于胚胎期心脏发育中的功效。

团队迅速从孟安明院士那里要来了这个突变体品系，经由过程阐发发明，心脏受损后降低该基因的活性，斑马鱼的新生心肌细胞再分解功效显著降落。如许，颠末了10余年，团队对于tpm4a于心脏中的功效熟悉，实现了从发育到再生的一个闭环。

为了更直不雅地展示心脏再生历程，研究团队用研究数据构建了具备时三木SEO-间序列的虚拟三维斑马鱼心脏，初次让斑马鱼心脏再生历程中细胞类型、基因表达的时空蜕变纪律拥有了一种数字化出现，这些数据也被收录到大众平台，供范畴内研究职员随时利用，为再生医学研究提供了强盛东西与资源支撑。

终极，他们的这一结果发表在国际学术期刊《天然—通信》，并被评价为“再生医学范畴的主要冲破”。

中国海洋年夜学团队合影

心脏也能“长回来”？

科研摸索永无止境。有了海量的数据支撑，苏颖及赵龙的课题组也明确了下一步研究事情的重点——有目的性地对于数据举行深切掘客及阐发，从中提炼出高价值的信息，并于实践中证实重点细胞类型及基因的功效与机制。

科研突围，间隔“人类心脏再生”还有有多远？苏颖及赵龙对于试验室草创期间的坚苦记忆犹心。其时，团队里几位研究生都是刚接触再生生物学的新人，生物信息学基础单薄、心脏再生范畴常识匮乏……面临心脏再生范畴最前沿的时空组学技能研究，他们只能硬着头皮，一边进修新常识，一边测验考试阐发数据、探索研究要领。

论文第一作者、海年夜博士生芦美娜对于记者回忆说：“其时碰到最棘手的问题，是把数据阐发及相干科学问题联合起来。这不仅需要把握繁杂的阐发技能，还有患上认识年夜量相干的专业常识。”

为霸占这个难关，课题组所有人都年夜量浏览相干文献，从文献大水中打捞出有效的内容。

论文另外一位配合第一作者、海年夜博士生张雪娇卖力空间转录组的制样，特别是于构建3D心脏样品中，需要将一个心脏通切成持续的近200片切片。更坚苦的是为了最年夜限度使用空转的芯片，需要于每一一张芯片上贴上6-9张心脏切片。因为切片位置不成二次调解，其时刚入学半年还有是研一的张雪娇重复训练1个多月，终极乐成实现191片心脏切片的零掉误切割，且全数精准贴于空转的芯片上。

于论文作者列内外，中国海洋年夜学与华年夜基因团队的深度互助赫然于目。海年夜研究团队卖力科学问题提出、总体研究标的目的把控、部门数据的处置惩罚以和全数的试验验证；华年夜团队，特别是厉磊及郭立东两位博士高效精彩地完成为了数据处置惩罚阐发事情及三维心脏的构建。经由过程两边的资源与技能互补，共同努力完成为了这一研究。

对于在整个团队来讲，发明tpm4a于心脏再生中的功效只是最先。有些动物的心脏于受伤后能本身长好，好比成体斑马鱼及出生后1天的小鼠，但出生8天后的小鼠及人类这些的心脏却不行。经由过程对于比这两组心脏修复历程，他们找到了两个可能直接联系关系心脏可再生能力的要害基因——ifrd1及atp6ap2。这些基因的发明“为临床血汗管疾病医治研究提供了潜于的靶标”，也提醒后续也许可以经由过程药物等方式“激活”人类心脏中近似的修复基因，让受损心脏实现再生。

“咱们但愿进一步挖掘鉴定更多潜于功效基因及细胞类型，重点存眷这些基因与细胞的功效阐发与机制研究。”赵龙说，“针对于这些基因举行功效研究，寻觅并鉴定可能的提高心脏再生能力的靶标，助力心脏再生医学的成长。”

论文相干信息：

https://doi.org/10.1038/s41467-025-59070-0

（受访者供图）