心脏疾病仍然是导致人类死亡的“头号杀手”。据世卫组织公布的《年全球卫生估计报告》显示，年心脏病死亡人数增至近万，并且过去20年间心脏疾病一直是全球人类的首要死因。
作为心脏疾病中的一种重症类型，心肌梗死主要是由于冠状动脉急性、持续性缺血缺氧所引起的心肌坏死，随着时间的推移，受损或坏死的心脏肌肉会逐渐形成瘢痕，然而这种瘢痕组织不具备健康心肌的弹性和柔韧性，会导致心脏输送血液出现障碍并引发一系列并发症且难以恢复到原来的状态。统计数据显示，美国每年约有万人发生心肌梗死，近年来国内患者呈明显上升趋势，现有心肌梗死患者超万人，每年新发患者接近50万。
近日，悉尼大学的科学家采用动物模型和人类细胞模型研究发现，通过蛋白质注射能够逆转心肌梗死发作后受损心脏组织的弹性丧失。目前，这项研究已经以“TropoelastinImprovesPost-InfarctCardiacFunction”（原弹性纤维改善心肌梗塞后的心脏功能）为题发表在CirculationResearch上。
（来源：CirculationResearch）
首次发现原弹性蛋白在心脏修复方面的潜力来自悉尼西米德医学研究所（WestmeadInstituteforMedicalResearch）心脏研究中心和悉尼大学查尔斯·珀金斯中心（CharlesPerkinsCentre）的联合团队通过前期研究发现，原弹性蛋白（弹性蛋白的前体分子）可以“逆转”心脏肌肉损伤，使瘢痕“更具弹性”并有助于提高心脏的收缩能力。
弹性蛋白
弹性蛋白是弹性纤维的主要成分，弹性纤维主要存在于韧带和脉管壁，弹性纤维与胶原纤维共同存在并赋予组织弹性和抗张能力。目前已发现弹性蛋白有多种形式，比如弹性蛋白Ⅰ主要存在项韧带、主动脉及皮肤中；弹性蛋白Ⅱ主要存在于软骨中。
弹性蛋白占真皮总蛋白的约2%，其对皮肤弹性起着至关重要的作用。虽然胶原纤维能够给予细胞外基质较好的强度和韧性，但是对于心脏、肺等组织而言更需要富有弹性，这种弹性主要依赖于细胞外基质中的弹性纤维。
▲图｜超声引导向大鼠心脏壁中注射原弹性蛋白（来源：CirculationResearch）
在动物模型试验中，研究人员在诱发大鼠心肌梗死发作的第4天后，将纯化的原弹性蛋白注射到大鼠的心脏壁中。值得注意的是，他们开发了一种超声引导的直接心肌内注射的新方法，能够将原弹性蛋白直接注射到诱发心肌梗死大鼠的左心室前壁，该方法比以往的传统注射方法侵入性更小。
在第28天，他们对大鼠心脏分析发现，当初受损并出现瘢痕的心脏肌肉已经重新恢复了弹性，而进一步研究发现大鼠的心脏肌肉功能已经接近心肌梗死发作前的正常状态。这表明，原弹性蛋白可以使瘢痕组织“富有弹性”，让肌肉损伤发生“逆转”并提高了心脏的收缩能力。
▲图｜原弹性蛋白改善心肌梗死后的心脏功能（来源：CirculationResearch）
除了基于动物模型，他们还在培养皿中对人类心脏成纤维细胞进行了试验，在使用原弹性蛋白处理后，发现心脏成纤维细胞会产生弹性蛋白，从而赋予心脏肌肉较好的弹性和伸展能力。随后他们通过进一步分析发现，在微观层面原弹性蛋白通过增加心脏肌肉中的弹性蛋白含量来降低瘢痕的硬度，在宏观层面则是减少了瘢痕大小，恢复了肌肉弹性和功能。
“原弹性蛋白可以减少瘢痕并将心脏肌肉恢复到原来的形态，这项新发现令人鼓舞。我们接下来希望继续深入研究和开发这种策略以便最终将其推向临床，用于治疗和改善全球众多心肌梗死、心力衰竭等心脏病患者的生活质量。”该论文通讯作者，西米德医学研究所心脏研究中心JamesChong博士说道。
▲图｜西米德医学研究所心脏研究中心JamesChong博士（来源：TheUniversityofSydney）
JamesChong博士在开发基于干细胞的心脏再生疗法方面拥有十余年的研究经验。他在悉尼VictorChang心脏研究所获得博士学位，医院的介入心脏病专家，也是西米德医学研究所心脏再生实验室的负责人。
JamesChong实验室的研究方向主要围绕心脏再生、心脏病的新疗法开发、干细胞应用和疗法开发，以及冠状动脉粥样硬化和血栓形成机制等。现阶段，他的研究重点是开发新的有效治疗方法来修复及再生心脏，探索增强多能干细胞衍生心肌细胞再生能力的新方法。截至目前，他已在Nature、NatureCommunications、CellStemCell、ScienceTranslationalMedicine等期刊发表数十篇研究论文。
值得一提的是，这也是科学家首次研究弹性蛋白原在治疗心脏病方面的潜力。“原弹性蛋白是赋予人体组织弹性和伸展能力的蛋白质组成部分，而这项研究展示了原弹性蛋白在心脏肌肉修复方面的潜力，相信随着我们研究的继续深入，未来还将挖掘出其在治疗心脏病方面的更大、更多的潜力。”该论文第一作者，西米德医学研究所心脏研究中心RobertHume博士表示。
心脏再生仍处初级研究阶段，未来道阻且长目前，包括心肌梗死在内的心脏疾病是世界范围内导致人类死亡的主要原因之一。一旦出现心肌梗死，患者可能会损失多达数亿个心肌细胞，导致心脏收缩/舒张功能受损甚至丧失。
然而，与其他器官不同，包括人类在内的成年哺乳动物的心脏中几乎不含有可分裂、再生的干细胞，因此人类心脏几乎不具备自愈或再生能力，在受损后难以产生新的心肌细胞来进行修复，因此包括心肌梗死在内的很多心脏疾病的治疗依然是一个世界性难题。
而上文介绍的这项新研究通过注射原弹性蛋白来促进心肌梗死后的心脏肌肉的愈合恢复，为接下来心肌梗死等心脏疾病的治疗提供了一种新的策略。
与此同时，心脏再生虽然困难重重，但依然是目前医学界的研究热点，临床方面也一直在寻找有效的心肌细胞再生疗法。
近年来随着干细胞技术的发展，通过多能干细胞定向分化的心肌细胞为心脏疾病的治疗提供了新的途径。去年7月，来自美国威斯康星大学麦迪逊分校干细胞与再生医学中心的研究人员，在eLife上发表了题为“Cardiacdifferentiationofhumanpluripotentstemcellsusingdefinedextracellularmatrixproteinsrevealsessentialroleoffibronectin”的研究论文，揭示了细胞外基质蛋白在人类多能干细胞的心肌细胞生成中的作用和机制，这项研究有助于让干细胞定向分化并培养出心肌细胞。
（来源：eLife）
他们先前研究发现，人类诱导多能干细胞能够分化为心肌细胞的能力，并且他们基于“基质三明治方案”生产的人类多能干细胞衍生心肌细胞与源自人类胚胎干细胞的心肌细胞非常相似。
在这项研究中，为了探索细胞外基质在促进人类多能干细胞分化为心肌细胞的作用，他们测试了多种蛋白质并分析这些蛋白质如何影响干细胞的生长和分化，并确定纤连蛋白是人类多能干细胞衍生心肌细胞分化中的关键细胞外基质蛋白，下一步将有助于充分发挥人类多能干细胞衍生心肌细胞在疾病建模、药物筛选、心脏再生以及细胞治疗等方面的潜力，为今后针对人类心脏的修复、再生和细胞治疗提供理论基础。
（来源：Science）
此外，促进心肌细胞增殖也被视为心脏再生疗法的一大方向。年9月，马克思普朗克心肺研究所的一个小组在Science上发表了题为“Reversiblereprogrammingofcardiomyocytestoafetalstatedrivesheartregenerationinmice”的论文，他们借助转录因子OSKM的过表达诱导完全分化的细胞“重返”多能干细胞状态，然后基于心肌梗死小鼠模型，通过对小鼠心肌细胞进行部分重编程（Partialreprogramming），实现了心肌细胞的去分化、再分裂，从而赋予心肌细胞乃至受损心脏再生的能力。
然而，研究人员也指出，OSKM的连续表达能够促进心肌细胞再生，但同时OSKM在心肌细胞内的长期过表达也可能会诱导心肌细胞纤维化，甚至导致心脏功能下降、形成心脏肿瘤的不良情况。
综上所述，就目前而言，围绕心脏再生疗法的研究仍然处于初级阶段，或是理论基础研究，或是存在不良反应，但相信随着干细胞技术的不断深化发展，不久的将来人类一定能够攻克心脏再生难题，各种心脏疾病也将不再难治。