生命是如何適應(yīng)陸地生活的發(fā)展史長(zhǎng)期以來困惑著生物學(xué)家們——恐龍的后代，如何從鰭進(jìn)化成手臂和腿的,？魚的器官肺是如何進(jìn)化的？
生物學(xué)家們已經(jīng)知道了心臟和肺如何適應(yīng)陸地生活的進(jìn)化史,，主要通過心臟的功能和肺的氣體交換的功能相耦合,。肺是在哺乳動(dòng)物進(jìn)化過程中最后形成的一個(gè)器官，對(duì)于地球上的生命可以說是最重要的器官,。
在胚胎發(fā)育過程中闡明了心臟和肺這兩個(gè)系統(tǒng)的細(xì)胞是如何協(xié)調(diào)發(fā)展的,。最初原始的肺的祖細(xì)胞可以伸入到心臟的原始的祖細(xì)胞從而使兩個(gè)器官可共同形成了心肺循環(huán)系統(tǒng)。然而,，這個(gè)共同的循環(huán)系統(tǒng)發(fā)展的分子機(jī)制還無法完全明白,，這兩個(gè)器官共同的祖細(xì)胞是如何影響相關(guān)的疾病的發(fā)展的？比如肺動(dòng)脈高壓的形成,。
最近發(fā)表在Nature上的一篇文章闡明了肺的血管,，連接心臟和肺的血管即使沒有肺也能形成。在小鼠身上肺的發(fā)展抑制了肺血管的形成,，而心臟的祖細(xì)胞或干細(xì)胞是心肺發(fā)展所必須的,。
Edward E. Morrisey 帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)們發(fā)現(xiàn)了心臟中胚層有一群多動(dòng)能的細(xì)胞，命名為 CPPs,。CPPs 可以通過表達(dá)信號(hào)分子 Wnt2 ,，從而與其它胚胎干細(xì)胞區(qū)分。
Morrisey 表示：“我們問這些祖細(xì)胞能夠產(chǎn)生心臟和肺的衍生品嗎,？我們的數(shù)據(jù)表明Wnt-2陽性的細(xì)胞存在于肺發(fā)生之前,，幫助肺和心臟的共同發(fā)展。”
肺的發(fā)展如何和心臟系統(tǒng)互相連接的,，這個(gè)問題在 Morrisey 實(shí)驗(yàn)室爭(zhēng)論了許多年,。 Morrisey 表示：“很明顯，對(duì)許多陸生動(dòng)物進(jìn)行解剖后發(fā)現(xiàn)心臟和肺是互相連接的,。在臨床醫(yī)學(xué)的許多方面也反映了這個(gè)問題,，比如佩雷爾曼醫(yī)學(xué)院的心血管醫(yī)學(xué)曾經(jīng)劃分為心肺醫(yī)學(xué),。”
Morrisey 實(shí)驗(yàn)室從一組簡(jiǎn)單的問題開始：肺和心臟是如何共同發(fā)展的以及調(diào)節(jié)這一過程的共同的信號(hào)？這項(xiàng)工作的重大發(fā)現(xiàn)在于發(fā)現(xiàn)了 Wnt2 基因,。
“Wnt2 基因表達(dá)在胚胎早期的一個(gè)獨(dú)特的地方——具體在心臟和前腸管之間,，這也是肺發(fā)生的地方。”這就允許科學(xué)家們?cè)谛∈笊砩蟿?chuàng)造模型,，小鼠身上心肺的解剖結(jié)構(gòu)與人的非常相似,，那么 Wnt2 陽性細(xì)胞是否可以協(xié)調(diào)心肺的發(fā)展呢？
使用細(xì)胞系追蹤分析,，他們發(fā)現(xiàn) Wnt2 細(xì)胞可以形成單獨(dú)的克隆,，反過來，形成心和肺組織,，包括心肌細(xì)胞和血管細(xì)胞比如血管的平滑肌,。確實(shí)， CPPs 能夠形成大量的早期心和肺的胚胎細(xì)胞類型,。這些研究表明不同的細(xì)胞系在肺內(nèi)是相關(guān)的,，比如平滑肌血管和呼吸道平滑肌在肺內(nèi)共享一個(gè)祖細(xì)胞。
CPPs 的發(fā)展通過另一個(gè)已知的蛋白 hedgehog 調(diào)控,，這個(gè)蛋白可以使肺血管和心得到合適的連接,。這些研究表明 hedgehog 蛋白，表達(dá)在肺的祖細(xì)胞幫助促進(jìn) CPPs 分化成肺血管的平滑肌,。
總之,，這些研究發(fā)現(xiàn)了一群新的心肺祖細(xì)胞，用來協(xié)調(diào)心和肺的發(fā)展從而來適應(yīng)陸地的生活,。
CPPs 細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)對(duì)于疾病的研究也和很重要,，比如肺動(dòng)脈高壓的發(fā)生。目前還不清楚肺動(dòng)脈高壓主要是肺的疾病還是心臟和血管系統(tǒng)存在的缺陷,。 CPPs 發(fā)現(xiàn)為研究肺動(dòng)脈高壓提供很好的線索,。進(jìn)一步的研究針對(duì) CPPs 細(xì)胞是否存在于成年人的心肺系統(tǒng)中以及是否在心肺損傷和疾病過程中扮演著重要的角色。(生物谷Bioon.com)
生物谷推薦英文摘要：
Nature doi: 10.1038/nature12358
Coordination of heart and lung co-development by a multipotent cardiopulmonary progenitor
Tien Peng, Ying Tian, Cornelis J. Boogerd, Min Min Lu,Rachel S. Kadzik, Kathleen M. Stewart,Sylvia M. Evans & Edward E. Morrisey
Co-development of the cardiovascular and pulmonary systems is a recent evolutionary adaption to terrestrial life that couples cardiac output with the gas exchange function of the lung1. Here we show that the murine pulmonary vasculature develops even in the absence of lung development. We have identified a population of multipotent cardiopulmonary mesoderm progenitors (CPPs) within the posterior pole of the heart that are marked by the expression of Wnt2, Gli1 and Isl1. We show that CPPs arise from cardiac progenitors before lung development. Lineage tracing and clonal analysis demonstrates that CPPs generate the mesoderm lineages within the cardiac inflow tract and lung including cardiomyocytes, pulmonary vascular and airway smooth muscle, proximal vascular endothelium, and pericyte-like cells. CPPs are regulated by hedgehog expression from the foregut endoderm, which is required for connection of the pulmonary vasculature to the heart. Together, these studies identify a novel population of multipotent cardiopulmonary progenitors that coordinates heart and lung co-development that is required for adaptation to terrestrial existence.
