心脏和肺部发展中的常见干细胞解释了陆地上的生活

长期以来，生物学家一直对适应陆地生物的进化感到困惑——羽毛是恐龙鳞片的后代吗?四肢是如何从鳍进化而来的?肺又是从什么古代鱼类器官进化而来的?

生物学家已经知道，心血管系统和肺系统的共同发展是一种最近的进化适应，以适应水以外的生活，将心脏的功能与肺的气体交换功能结合起来。而且，肺是哺乳动物进化得最晚的器官之一，可以说是陆地生命中最重要的器官。

这两个系统的细胞协调成熟的过程在胚胎发育，当原始肺祖细胞当这两个器官平行发育时，伸入原始心脏祖细胞，形成心肺循环。然而，对于指导这一同步发育的分子线索，以及两个器官的共同祖细胞如何影响诸如此类相关疾病的病理，我们知之甚少肺动脉高压。

本周在网上发表的一篇新论文中自然一支来自宾夕法尼亚大学佩尔布尔曼医学院的团队表明，肺脉管系统，将心脏与肺部连接的血管，即使在没有肺部的情况下也会发育。小鼠肺部发展被抑制仍然具有肺血管，透露给心血管祖的研究人员或干细胞，对心肺共同发展至关重要。

由医学、细胞和发育生物学教授、宾夕法尼亚大学再生医学研究所科学主任爱德华·e·莫里西博士领导的宾夕法尼亚大学团队，鉴定了一种多能心肺中胚层祖细胞，并将其命名为CPPs。这种CPPs可以通过表达一个已被充分研究的信号分子Wnt2来区别于许多其他早期胚胎细胞。

Morrisey说:“我们问这些祖细胞是否能够产生心脏和肺的衍生物。”“我们的数据显示，wnt2阳性细胞在肺发育之前就存在，并通过在两种组织中生成细胞类型来帮助协调肺和心脏的共同发育。”

肺部如何发展和连接到心血管系统的问题已经激发了Morrisey Lab多年。“对任何看着心脏和肺部紧密相关的人的解剖学的任何人都很明显。这甚至反映在许多地方，包括佩尔曼医学院的临床医学中，心血管医学分裂是曾经被称为心肺医学分裂，“莫里西州注意。

Morrisey Lab始于几个简单的问题：肺部和心脏如何合作，以及调节这一过程的关键信号是什么？当团队表征Wnt2基因的表达模式时，发生了这项工作的突破。

“Wnt2在早期胚胎的独特地方表达 - 完全在早期的心脏和前鲁管之间，肺部会出现。”这允许研究人员在小鼠中创建模型系统，其心肺解剖学与人类非常相似，并询问Wnt2阳性细胞是否可以协调心脏和肺部共同开发。

使用细胞谱系追踪分析，他们表明Wnt2细胞产生单克隆，又产生心脏和肺组织，包括心肌细胞和血管细胞如血管平滑肌。事实上，CPPs能够产生绝大多数心脏和肺的早期胚胎细胞类型。这些研究还表明，不同的细胞谱系在肺内是相关的。例如，血管平滑肌和气道平滑肌在肺中共享一个共同的祖细胞。

CPPs的发育受另一种众所周知的蛋白hedgehog的表达调控，该蛋白是肺血管与心脏的适当连接所必需的。这些研究表明，hedgehog也在早期肺祖细胞中表达，有助于促进CPPs分化为肺血管平滑肌成分。

这些研究共同鉴定了一种新的多效式心肺祖细胞群，可协调心脏和肺部共同开发，这是适应陆地存在所必需的。

CPPs协调肺和心脏的共同发育，这一发现对影响两个器官的疾病也有重要意义，如肺动脉高压。目前尚不清楚肺动脉高压是否主要是一种肺部疾病，或者是否也有心脏或心血管系统的内在缺陷。通过识别两个器官的共同祖细胞，CPPs的鉴定可以为肺动脉高压和其他疾病提供重要的见解。未来的研究将关注CPPs是否存在于成人心肺系统中，以及它们是否在成人心肺系统的反应中发挥作用肺和心伤害或疾病。

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