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中大联同中科院研究首揭心脏侧支动脉「天然搭桥」机制 证实毛细血管可成为侧支动脉 为缺血性心脏病患者带来治疗新策略

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中大医学院联同中国科学院(中科院)分子细胞科学卓越创新中心的研究团队,首次利用革命性的遗传谱系示踪技术,揭示受损心脏内新生侧支动脉的形成机制;并发现心肌内毛细血管可转化为侧支动脉,恢复缺血区域的血流供应,犹如搭建天然的应急桥梁。

(左起)中大医学院化学病理学系博士研究生侯杨峰;中大医学院化学病理学系吕爱兰教授;及中国科学院分子细胞科学卓越创新中心周斌教授。

香港中文大学(中大)医学院联同中国科学院(中科院)分子细胞科学卓越创新中心—香港中文大学心血管科学联合实验室的研究团队,首次揭示受损心脏内新生侧支动脉的形成机制。

 

研究成果已於顶尖学术期刊《科学》(Science)发表。是次研究突破过往科学界认为新动脉主要源自现有动脉的传统认知,为缺血性心脏病治疗开辟崭新路径。研究团队发现,当冠状动脉出现阻塞,心肌内的毛细血管可经「升级改造」,转化为侧支动脉,恢复缺血区域的血流供应,犹如搭建天然的应急桥梁。

 

全新遗传谱系示踪技术  追踪侧支动脉形成过程

 

在香港,冠状动脉心脏病(冠心病)是最常见的心脏疾病,逾半数心脏病死亡个案都是冠心病所致。心脏每日不停跳动,有赖冠状动脉输送氧气和营养。冠状动脉一旦堵塞,下游心肌会因缺血受损甚至坏死,导致心肌梗死(即心脏病发作)。目前临床主要透过俗称「通波仔」的心血管植入支架手术,或开胸「搭桥」手术治疗冠心病。然而,此两种手术仍存有局限和风险,尤其对於心血管多处阻塞的弥漫性心血管栓塞患者而言。

 

不过,部分人的心脏具备天然的「备用方案」。当主要冠状动脉受阻,侧支动脉可绕过堵塞区域,输送血液至缺血的心肌。然而,这些「生命之桥」从何而来,一直是困扰科学界的难题。

 

为解开心脏如何自行修复的谜团,中国科学院分子细胞科学卓越创新中心—香港中文大学心血管科学联合实验室周斌教授的团队,开发了一种革命性的遗传谱系示踪技术——「细胞接触历史记录仪」,能够在不依赖传统标记物和诱导剂的情况下,永久标记成熟的动脉内皮细胞。同时,团队还建立一套精准度高的追踪系统,专门捕捉毛细血管转变为动脉的过程,并有效遮蔽未发生变化的毛细血管背景信号。这项技术犹如在夜间地图上,只点亮正在扩建的道路,让研究人员可精准观察血管「升级」的整个过程。

 

研究团队利用这项新技术,发现当如同「高速公路」的冠状动脉中断时,平时不起眼的「小巷」毛细血管会迅速启动「升级改造工程」,不断拓宽、加固毛细血管,最终形成具备完整动脉结构及供血功能的侧支动脉,绕过阻塞部位,连接两条主要血管,为受损心肌重新输送血液和养分。

 

VEGFA-YY1信号轴——血管升级改造的总指挥

 

基於上述发现,周斌教授团队与中大医学院吕爱兰教授的研究团队合作,进一步探究「小巷变公路」的改造工程如何完成。双方团队发现,血管内皮生长因子A(VEGFA)属驱动此过程的关键因子。小鼠研究显示,当短暂提高受损心脏的VEGFA水平后,可显著促进毛细血管向动脉转化,并减少心肌缺血范围和改善心脏功能。然而,研究团队同时观察到当VEGFA信号过度活跃,又会产生大量不成熟的动脉血管,无法正常运作。

 

参与研究的中大医学院化学病理学系博士研究生侯杨峰先生说:「为实现短暂而高效的递送,团队采用一种mRNA治疗策略,将VEGFA输送至心脏以促进修复。从机制上来说,VEGFA可激活关键下游转录因子YY1,引导毛细血管转化成动脉。这项发现阐明了血管网络重塑的分子调控机制,为未来治疗提供精准靶点。」

 

开启心血管疾病治疗新纪元

 

研究通讯作者、中国科学院分子细胞科学卓越创新中心周斌教授说:「现时治疗严重冠心病,普遍采用心血管植入支架手术,或开胸进行『搭桥』手术。然而,对心血管多处阻塞的弥漫性心血管栓塞患者而言,此两种手术仍存有局限。这项研究不仅刷新对心脏自我修复能力的认知,更为全球头号死因——缺血性心脏病患者带来切实希望。」

 

研究通讯作者、中大医学院化学病理学系吕爱兰教授补充:「未来,科学家有望通过精准调控VEGFA-YY1信号通路,激发心脏自身修复潜力,促进侧支循环的有效建立。团队现时已就此通路引导、组织靶向的调控策略展开临床研究,期望可为所有缺血性心脏病患者提供更加温和、安全的新疗法。」

 

Professor Lui

吕爱兰教授表示,是次研究发现透过调控VEGFA-YY1信号通路,或可激发心脏自身修复潜力,促进侧支动脉建立,团队期望下一步可於大湾区展开临床研究,以证实发展相关药物的疗效。

Professor Zhou

周斌教授表示,团队利用约七年时间研究,开发了全新遗传谱系示踪技术,有效追踪侧支动脉形成过程,解开「生命之桥」来源之谜;是次研究更发现可透过VEGFA促进天然生成细胞迁移,相信未来可为患者提供更安全的新疗法。

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