北卡罗来纳州达勒姆——如果人类想要像蜥蜴和鱼那样让受损的组织再生，就需要在时间和地点上对基因表达进行精确控制——否则，你可能会看到到处都是随机生长的细胞，或者一个永远不会停止生长的新身体部位。也就是说，停止这个过程和启动它一样重要。

杜克大学(Duke)的一组科学家研究了其他动物如何再生受损组织，朝着以这种精度控制至少一部分再生机制的方向迈出了重要一步。他们使用了斑马鱼修复心脏损伤的机制，并结合了用于人类基因治疗的病毒载体。

在12月13日在线发表在《细胞干细胞》杂志上的一篇新论文中，研究人员证明了控制基因活性以应对损伤的能力，将其限制在组织的特定区域并在规定的时间窗口内，而不是在整个器官中持续活跃。

他们借用了一段鱼的DNA，他们称之为TREE，组织再生增强因子。TREEs是基因组中包含的基因增强子家族，负责感知损伤并协调修复相关基因的活动，以便在特定位置进行重建。这些增强子还可以在愈合完成时关闭基因活动。这些调节元件已经在果蝇、蠕虫、老鼠以及斑马鱼中被发现。

“我们可能也有它们，”肯·波斯博士说，他是杜克医学院詹姆斯·b·杜克再生生物学杰出教授，他在20年前发现了斑马鱼的心脏再生，并从那时起一直在研究它。“但我们更容易在斑马鱼中找到它们，并研究它们是否在哺乳动物中起作用。”

大约1000个核苷酸长，这些增强子序列布满了不同因素和刺激的识别位点，以附着和改变基因活性。Poss说:“我们不完全理解他们是如何做到这一点的，他们真正的反应是什么。”

Poss说，动物体内不同类型的细胞也有不同类型的这些增强子。“其中一些在多个组织中都有反应——就是我们在这里使用的组织。但当我们分析鱼类的脊髓或鳍的再生时，我们得到了不同的序列。”他补充说，在人类基因组中可能有成千上万种这种类型的增强子。

作为这项为期6年研究项目的第一步，研究人员将几种不同种类的斑马鱼tree整合到胚胎小鼠的基因组中。他们使用一个可见的标记来指示基因活动，发现大约一半的增强子按预期工作，当它们感觉到转基因哺乳动物的组织损伤时，它们会将组织变成蓝色。

然后，他们想知道是否可以使用腺相关病毒(一种常见的基因治疗工具，用于将基因序列引入细胞)选择性地将增强子元件合并到成年小鼠中。该病毒将含有增强子的DNA引入所有组织，但希望树木只在对损伤做出反应时才会活跃起来。

在小鼠心脏病发作模型中进行的一系列实验表明，含有TREE的病毒可以在受伤前一周注入，然后增强子在检测到损伤时就会立即行动。但他们发现，在心脏病发作后一两天给动物注射这种药物也有效。Poss说:“我们测试的所有三种TREEs如果在受伤一天或更长时间后分娩，都可以有效，它们仍然可以针对受伤进行表达。”

“这种传递TREE和基因的方法能让我们在正确的时间把分子货物送到正确的地方吗?”我们发现它在老鼠身上确实如此。”Poss说。

他们还在猪体内注入了TREE和荧光标记基因，猪的心脏更大，心率更接近人类。他们在猪心脏病发作前或发作后通过冠状动脉将病毒注入猪心脏，同样，标记物只在受伤部位发光。

然后，为了看看这个系统是否真的可以修复损伤，而不仅仅是感知损伤并打开一个照亮组织的基因，他们提供了一种过度激活的YAP，一种与癌症有关的强大的组织生长基因。关键问题是，这种能让细胞分裂失控的“真正有力的锤子”，能否只在正确的时间和地点发挥作用。

他们使用了一种由一棵树控制的突变YAP，以观察他们是否能在心脏病发作后在老鼠身上安全生长肌肉。Poss说:“这棵树在受伤部位启动了一个突变的YAP数周，然后它自然地关闭了表达。”治疗导致肌肉细胞开始分裂，几周后，老鼠的心脏恢复到接近正常的功能，尽管也有一些疤痕。

Poss说:“你真的不想全力表达YAP，这可能会导致过度生长等问题，但我们发现，我们可以指导它。”Poss说:“整个动物都接受了基因治疗，但YAP只在你的心脏受伤时以可测量的水平表达。”“我们认为我们可以用这些方法在特定的时间和空间控制基因，包括关闭它们。”

研究人员的下一个任务将是更好地了解什么分子与增强子结合，什么控制它们的功能，以及它们在人类基因组中的位置，除了提高它们的靶向能力。

Poss说道:“这些控制元素才是最重要的。“斑马鱼的基因在很大程度上与我们相同，但它们再生心脏的能力取决于它们在严重受伤后如何控制这些基因。”

“那么其他伤害模型呢?”彼得·辛格奇迹。“这对创伤性脑损伤或脊髓损伤有效吗?”

Ruorong Yan和Valentina Cigliola是这项研究的主要作者，该研究得到了翻译杜克健康公司的支持;美国国立卫生研究院(F31-HL162460, R01-HL151522, P30-AG028716, R21-AG067245, R01-HL157277, U01-AI146356, UM1-HG013053, RM1-HG011123, R33-DA041878, U01-HL134764, R01-HL126524, R01-HL146366, R01-DK119621, R35-HL150713, R01-HL136182);国家科学基金(EFMA-1830957);美国心脏协会(AHA) (17POST33660087, 903369, AHA16SDG30020001, AHA117SDG33660922);瑞士国家科学基金(P2GEP3_175016, P400PM_186709);勒杜克基金会。

引用:一种基于增强子的基因治疗策略，用于组织修复过程中货物的时空控制严若荣，Valentina Cigliola, Kelsey A. Oonk, Zachary Petrover, Sophia DeLuca, David W. Wolfson, Andrew Vekstein, Michelle A. Mendiola, Garth Devlin, Muath Bishawi, Matthew P. Gemberling, Tanvi Sinha, Michelle A. Sargent, Allen J. York, Avraham Shakked, Paige DeBenedittis, David C. Wendell, Jianhong Ou, Junsu Kang, Joseph A. Goldman, Gurpreet S. Baht, Ravi Karra, Adam R. Williams, Dawn E. Bowles, Aravind Asokan, Eldad Tzahor, Charles A. Gersbach, Jeffery D. Molkentin, Nenad Bursac，布莱恩·l·布莱克和肯尼斯·d·波斯。《细胞干细胞》，2023年1月5日。(2022年12月13日在线)DOI: 10.1016/j.s em.2022.11.012

注：本文由院校官方新闻直译，仅供参考，不代表指南者留学态度观点。