CPK-modell av oxitocinmolekylen. Kredit:CC0
Neurohormonet oxytocin är välkänt för att främja sociala band och generera njutbara känslor, till exempel från konst, träning eller sex. Men hormonet har många andra funktioner, såsom reglering av amning och livmodersammandragningar hos kvinnor, och reglering av ejakulation, spermietransport och testosteronproduktion hos män.
Nu visar forskare från Michigan State University att i zebrafisk och mänskliga cellkulturer har oxytocin ännu en oanad funktion:Det stimulerar stamceller som härrör från hjärtats yttre skikt (epicardium) att migrera in i dess mellanskikt (myokardium) och där utvecklas till kardiomyocyter , muskelceller som genererar hjärtsammandragningar. Denna upptäckt skulle en dag kunna användas för att främja förnyelsen av det mänskliga hjärtat efter en hjärtattack. Resultaten publiceras i Frontiers in Cell and Developmental Biology .
"Här visar vi att oxytocin, en neuropeptid även känd som kärlekshormonet, är kapabel att aktivera hjärtreparationsmekanismer i skadade hjärtan i zebrafiskar och mänskliga cellkulturer, vilket öppnar dörren till potentiella nya terapier för hjärtregenerering hos människor", säger Dr. Aitor Aguirre, biträdande professor vid Institutionen för biomedicinsk teknik vid Michigan State University, och studiens senior författare.
Stamliknande celler kan fylla på kardiomyocyter
Kardiomyocyter dör vanligtvis i stort antal efter en hjärtattack. Eftersom de är mycket specialiserade celler kan de inte fylla på sig själva. Men tidigare studier har visat att en undergrupp av celler i epikardium kan genomgå omprogrammering för att bli stamliknande celler, kallade Epicardium-derived Progenitor Cells (EpiPCs), som kan regenerera inte bara kardiomyocyter, utan även andra typer av hjärtceller.
"Tänk på EpiPCs som stenhuggare som reparerade katedraler i Europa under medeltiden," förklarade Aguirre.
Tyvärr för oss är produktionen av EpiPCs ineffektiv för hjärtregenerering hos människor under naturliga förhållanden.
Zebrafisk kan lära oss hur vi kan återskapa hjärtan mer effektivt
Gå in i zebrafisken:känd för sin extraordinära förmåga att regenerera organ, inklusive hjärnan, näthinnan, inre organ, ben och hud. De lider inte av hjärtinfarkt, men dess många rovdjur tar gärna en tugga ur vilket organ som helst, inklusive hjärtat – så att zebrafisken kan växa tillbaka sitt hjärta när så mycket som en fjärdedel av det har förlorats. Detta görs dels genom proliferation av kardiomyocyter, men också av EpiPCs. Men hur reparerar EpiPCs av zebrafisk hjärtat så effektivt? Och kan vi hitta en "magisk kula" i zebrafisk som på konstgjord väg kan öka produktionen av EpiPC hos människor?
Ja, och denna "magiska kula" verkar vara oxytocin, hävdar författarna.
För att nå denna slutsats fann författarna att i zebrafisk, inom tre dagar efter kryoskada - skada på grund av frysning - på hjärtat, ökar uttrycket av budbärar-RNA för oxytocin upp till 20 gånger i hjärnan. De visade vidare att detta oxytocin sedan reser till zebrafiskens epikardium och binder till oxytocinreceptorn, vilket utlöser en molekylär kaskad som stimulerar lokala celler att expandera och utvecklas till EpiPCs. Dessa nya EpiPCs migrerar sedan till zebrafiskens myokard för att utvecklas till kardiomyocyter, blodkärl och andra viktiga hjärtceller för att ersätta de som hade förlorats.
Liknande effekt på mänskliga vävnadskulturer
Av avgörande betydelse visade författarna att oxytocin har en liknande effekt på mänsklig vävnad in vitro. Oxytocin – men inget av 14 andra neurohormoner som testas här – stimulerar kulturer av mänskliga inducerade pluripotenta stamceller (hIPSCs) till att bli EpiPCs, med upp till dubbelt så hög basalhastighet:en mycket starkare effekt än andra molekyler som tidigare visat sig stimulera EpiPC-produktion hos möss. Omvänt förhindrade genetisk nedbrytning av oxytocinreceptorn den regenerativa aktiveringen av humana EpiPCs i kultur. Författarna visade också att kopplingen mellan oxytocin och stimulering av EpiPCs är den viktiga "TGF-β-signalvägen", känd för att reglera tillväxt, differentiering och migration av celler.
Aguirre sa:"Dessa resultat visar att det är troligt att stimuleringen av oxytocin av EpiPC-produktion är evolutionärt bevarad hos människor i betydande utsträckning. Oxytocin används i stor utsträckning på kliniken av andra skäl, så att återanvända för patienter efter hjärtskador är inte en lång fantasi. Även om hjärtats regenerering bara är delvis, kan fördelarna för patienterna bli enorma."
"Närnäst måste vi titta på oxytocin hos människor efter hjärtskada. Oxytocin i sig är kortlivat i cirkulationen, så dess effekter på människor kan hindras av det. Läkemedel speciellt utformade med en längre halveringstid eller mer potens kan vara användbar i den här miljön. Sammantaget är prekliniska prövningar på djur och kliniska prövningar på människor nödvändiga för att gå vidare", avslutade Aguirre. + Utforska vidare
