なぜ成人の心臓は再生できないのでしょうか?答えは予想外だった

肝臓は人間の臓器の中で最も再生能力が高く、70%を切除した後でも再生できるため、生体移植が可能です。
しかし、人体の動力ポンプである心臓は、成人後は再生することができません。これはなぜでしょうか?
最近、ピッツバーグ大学とピッツバーグ大学医療センターの科学者たちは、自分たちを守るために再生を積極的に拒否するという意外な答えを出しました。

図｜人間の心臓の模式図（出典：Wikipedia）

研究者らは、マウスの心臓細胞が成熟するにつれて、核孔と呼ばれる一種の伝達経路の数が劇的に減少することを発見した。これは高血圧などのストレスに関連する有害な信号から臓器を保護する可能性があるが、心臓細胞が再生を促進する信号を受信できなくなるという代償を伴い、その結果、成人の心臓細胞の再生が妨げられる。

「核孔数の変化がマウスの心臓の核輸入とストレス反応を制御する」と題された関連研究論文が、科学誌「Developmental Cell」に掲載されました。

（出典：Developmental Cell）

「私たちの研究は、なぜ成人の心臓は再生できないのに、新生マウスや新生児の心臓は再生できるのかを説明しています」と、ピッツバーグ大学医学部の小児科准教授で筆頭著者のベルンハルト・キューンは語った。 「これらの発見は、加齢とともに心臓がどのように発達し、ストレスに反応するかについての基本的な理解において重要な進歩です。」

心臓は動物の循環器官の一つで、血管を通して血液を送り出し、体に酸素と栄養素を供給するとともに、代謝による老廃物の除去を助けます。それは動物の体の中で最も重要な器官の一つです。

人間や動物が心臓の問題を抱えると、全身に不可逆的な影響が及びます。

したがって、心臓の発達メカニズムを理解することは、心臓関連疾患の予防と治療に不可欠です。

人間の皮膚や他の多くの組織は損傷後も自己修復する能力を保持していますが、心臓はそうではありません。

人間の胚および胎児の発育中に、心臓細胞は細胞分裂を起こして心筋を形成します。しかし、心臓細胞は成人期に成熟するにつれて、もはや分裂できない終末状態に入ります。

図｜人間の心臓の各部の名称。 （出典：Wikipedia）

心臓細胞が加齢とともにどのように、そしてなぜ変化するのかをさらに理解するために、研究チームはマウスの核孔を調べた。核膜孔は真核細胞の核の核膜に埋め込まれた複合体であり、核と細胞質の間で物質を交換するための経路です。

核膜は高速道路のアスファルトのように核を保護する不浸透性の層であり、核孔は高速道路のマンホールのようなもので、情報が障壁を通過して核に侵入するための通路です。

これを実現するために、研究チームは超解像度顕微鏡を使用して、マウスの心臓細胞、つまり心筋細胞の核孔の数を観察し、数えました。

結果は、発達の過程で核孔の数が胎児細胞の平均1,856個から幼児細胞の平均1,040個に、そして成人細胞の平均678個にまで63%減少したことを示しました。

図 |心筋細胞の成熟に伴い核孔の数は減少します。 （出典：本論文）

これまでの研究で、研究チームは心筋細胞の再生におけるラミンb2と呼ばれる遺伝子の重要性を検証した。

この遺伝子の発現は新生マウスでは高いが、加齢とともに減少する。

この研究では、マウスにおけるラミンb2の発現を阻害すると核孔の数が減少することがわかりました。核孔の少ないマウスでは、シグナル伝達タンパク質の核への輸送が減少し、遺伝子発現が低下していた。これは、加齢とともにコミュニケーションが減少すると、心筋細胞の再生能力が低下する可能性があることを示唆している。

「これらの発見は、核孔の数が核への情報の流れを制御していることを示唆している。心臓細胞が成熟し、核孔の数が減少するにつれて、核に到達する情報はますます少なくなる」とキューン氏は説明する。

高血圧などのストレスに反応して、心筋細胞の核は遺伝子経路を修正し、心臓の構造を変える信号を受け取ります。このリモデリングが心不全の主な原因です。

この目的のために、研究チームは高血圧のマウスモデルを使用して、核孔がこの再構築プロセスをどのように促進するかを理解しようとしました。

彼らは、

核孔をより少なく発現するようにマウスを設計したところ、有害な心臓リモデリングに関与する遺伝子経路の調節がそれほど顕著ではなくなった。さらに、これらのマウスは、核孔の多いマウスよりも心臓機能と生存率が優れていました。

成人の心臓が再生できないのはこのためです。

参考リンク: https://www.cell.com/developmental-cell/fulltext/S1534-5807(22)00719-5