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免疫細胞竟可助心跳正常 或為心律不正藥物研發新方向

2017/4/23 — 12:22

老鼠巨噬細胞正在吞噬藍色的真菌細胞。
Credit: Sabriya Stukes and Hillary Guzik, Albert Einstein College of Medicine

老鼠巨噬細胞正在吞噬藍色的真菌細胞。
Credit: Sabriya Stukes and Hillary Guzik, Albert Einstein College of Medicine

巨噬細胞 (macrophages) 於身體內的功能已一大堆:移除肺部塵埃、移除死去細胞、啟動免疫反應並殺死外來細菌等等。最新刊於《細胞》的研究顯示,巨噬細胞對心臟正常跳動有不可或缺的作用,為未來研發心律不正藥物帶來新方向。

心臟跳動流程

竇房結 (Sinoatrial node, 簡稱 SA Node) 是正常心跳的產生部位,它發出的電子脈搏會擴散至集合血液的心房 (Atrium) 。但血液要到達泵血至主動脈的心室 (Ventricle) ,電子訊號就需要房室結 (Atrioventricular node, 簡稱 AV Node) 延續至下方心室,命令其收縮。學者一直以來都認為巨噬細胞並無參與這個過程。

實驗內容

不過,巨噬細胞卻滿布於心臟之中。哈佛醫學院細胞生物學家 Matthias Nahrendof 的團隊首先發現到,沒有巨噬細胞的老鼠心臟電子脈搏節奏不正常,顯然這些老鼠有房室傳導阻滯, AV node 無法傳遞訊號至心室。

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後續的測試顯示人類與老鼠一樣, AV node 普遍有巨噬細胞,但其本身已有很多心臟肌肉細胞向心室傳遞收縮指令,究竟巨噬細胞有什麼特別用處呢?

研究團隊在培養皿將心臟肌肉細胞與巨噬細胞混和,發現兩者會結合並令電子同步活動,能令心室更易收縮。

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為了解兩者在活體如何互動,團隊最終基因改造老鼠,令牠們的巨噬細胞對光有反應,並於心臟殖入光纖使之亮起。由於心跳增快會令 AV node 間歇性傳送不到電子訊號,團隊利用人工電子刺激令心臟跳動增加看三組老鼠的心跳頻率是否正常。

團隊發現,吞噬細胞在光刺激下心跳較為正常,而另兩組 1) 缺乏蛋白指導巨噬細胞至心臟肌肉以及 2) 有殺死巨噬細胞蛋白的老鼠心律不正情況則較為嚴重。研究結果顯示,巨噬細胞令電子訊號傳導得更為穩定。

然而,心臟已有很多例如纖維母細胞 (fibroblast) 的非心臟肌肉細胞幫助維持正常跳動,究竟巨噬細胞對正常心跳實際貢獻有多大,需要進一步研究分析。另一方面即使電子訊號傳導良好, AV node 為何仍需要巨噬細胞幫助?這個問題一旦能解開,將有助藥廠研發針對巨噬細胞活動的心臟藥物。

來源:
Science, Immune cells unexpectedly help the heart keep its beat, 20 April 2017

報告:
Hulsmans, M., Clauss, S., Xiao, L., Aguirre, A.D. & et al. (2017). Macrophages Facilitate Electrical Conduction in the Heart. Cell Volume 169, Issue 3, p510–522.e20, 20 April 2017. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.cell.2017.03.050

文/Alan Chiu 、審核/Edward Ho

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