文|陈根

心脏是生命的发动机,心脏的跳动被视作生命的信号。血液流过的地方与心跳一起,带给了心内膜细胞流体剪切机械应力以及牵拉力。在发育过程中,机械力帮助心血管系统逐渐成型,但这些力量如何指导局部心肌细胞的运作仍不清楚。

近日,法国国家健康与医学研究院的科学家们,阐述了心血管瓣膜的形成过程以及机械应力在此过程中的调控机制。

科学家们首先利用斑马鱼为生物模型,对时空机械应力参数进行高精度控制,再利用荧光探针(Tg)对EdCs中表达的荧光Ca2+传感器蛋白GCaMP7a进行实时成像,以监控分析心内膜细胞中的Ca2+的动态变化。结果发现Ca2+振荡几乎只会在房室瓣的房室管区域形成,因此研究者们推测,Ca2+振荡是瓣膜形成的重要因素。

先前的研究表明,Nfatc1(Nuclear factor of activated T cells 1)是一个对Ca2+通道非常敏感的转录因子,能够调节心内膜细胞向间充质细胞的转化以及心脏瓣膜形态发生过程。因此,科学家们构建了一个Nfat结合元件报告品系,用来反映Nfat蛋白的结合。

为了确定在EdCs中观察到的Ca2+振荡是否是力响应的,科学家们利用药物(MS-222 、 p-amino)使斑马鱼停止心跳。结果发现:当心脏停止跳动时,EdCs中的Ca2+振荡消失,而在心跳重启后恢复。

随后,通过磁镊(Magnetic tweezers)精确调控施加在磁珠上的机械应力。科学家们发现心肌细胞机械应力的与Ca2+振荡有关。随后作者们对激活以及抑制P2X介导的ATP信号通路对瓣膜形成的影响进行鉴定,发现P2X受体调节Nfat活性,但该调节作用并不依赖于VEGF信号通路。

并且,P2X介导的ATP信号通路发生异常时,心脏瓣膜结构异常,瓣膜形态不完全。因此,P2X作为Nfat活性上游发挥作用,能够控制心脏瓣膜发育以响应机械力的刺激。

目前,相关研究“Bioelectric signaling and the control of cardiac cell identity inresponse to mechanical forces”,发表在Science杂志上。