確定了“鐵石心腸”的過(guò)程和防御措施

【字體: 時(shí)間:2024年06月28日 來(lái)源:Scientific Reports

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  伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校的研究人員以及加州大學(xué)洛杉磯分校健康中心和德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的合作者在一項新的研究中發(fā)現,人體對鈣礦物質(zhì)的沉積具有復雜的防御能力,鈣礦物質(zhì)會(huì )使心臟組織變硬。這項研究首次詳細、逐步地記錄了鈣化的過(guò)程。

  

香檳,病了。伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校的研究人員以及加州大學(xué)洛杉磯分校健康中心和德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的合作者在一項新的研究中發(fā)現,人體對鈣礦物質(zhì)的沉積具有復雜的防御能力,鈣礦物質(zhì)會(huì )使心臟組織變硬。這項研究首次詳細、逐步地記錄了鈣化的過(guò)程。

“心臟病是每年的頭號殺手,每年約有1800萬(wàn)人死亡,而且這個(gè)數字還在增長(cháng)。很大一部分是鈣化的結果,”研究負責人Bruce Fouke說(shuō)!爱斨鲃(dòng)脈瓣鈣化時(shí),目前唯一的選擇是進(jìn)行超侵入性手術(shù)來(lái)替換瓣膜。這就增加了控制這一過(guò)程的緊迫性,以便更有效地推進(jìn)藥物開(kāi)發(fā)和測試!

主動(dòng)脈瓣是將含氧血液從心臟輸送到身體的門(mén)戶(hù),在平均壽命中開(kāi)啟和關(guān)閉超過(guò)30億次。鈣沉積可以在構成瓣膜的三個(gè)組織瓣(稱(chēng)為小葉)內生長(cháng),使瓣膜變硬,使瓣膜無(wú)法一直打開(kāi)。

“對于血管鈣化,支架可以有所幫助,但主動(dòng)脈瓣不能這樣做!吧眢w的每個(gè)器官都可以處于完美狀態(tài),但如果主動(dòng)脈瓣停止運作,那就是生命的終結,”該論文的第一作者、卡弗生物技術(shù)中心(Carver Biotechnology Center)的細胞術(shù)和顯微鏡組學(xué)設施主任Mayandi Sivaguru說(shuō)。

盡管鈣沉積很普遍,而且具有重要的生物學(xué)意義,但人們對鈣沉積是如何形成或生長(cháng)的知之甚少。?说难芯啃〗M開(kāi)創(chuàng )了“地質(zhì)生物醫學(xué)”領(lǐng)域,這是地質(zhì)學(xué)、生物學(xué)和醫學(xué)的結合,此前曾將其應用于腎結石的研究。在這項發(fā)表在《Scientific Reports》雜志上的新研究中,伊利諾斯州的Fouke小組與加州大學(xué)洛杉磯分校醫學(xué)院和德克薩斯州杰克遜地球科學(xué)學(xué)院的同事合作,研究并記錄了人類(lèi)尸體心臟主動(dòng)脈瓣中鈣沉積形成的步驟。

“我們使用了超過(guò)12種研究方式,包括光學(xué)顯微鏡、電子顯微鏡和光譜學(xué),首次研究了主動(dòng)脈瓣礦化和蛋白質(zhì)定位的性質(zhì)和進(jìn)展。這種多模態(tài)分析使我們與眾不同,揭示了更好地理解心血管鈣化的新證據,”Sivaguru說(shuō)。

起點(diǎn)是健康的小葉組織。然后在小葉的平滑肌層形成磷酸鈣小球體。

至關(guān)重要的是,研究小組發(fā)現,礦床中磷酸鈣的形式與骨頭中發(fā)現的磷灰石不同,這是人們普遍認為的。相反,沉積物主要由無(wú)定形磷酸鈣組成,具有形態(tài)變形和原子重排的能力。

隨著(zhù)它們的生長(cháng),小球粒結合成一層一層地包裹和硬化膠原蛋白和平滑肌纖維,使小葉具有靈活性。這些過(guò)程結合在一起形成大結節,這些結節旋轉、相互接觸并進(jìn)一步使組織變硬。

Fouke說(shuō):“我們立即發(fā)現,閥門(mén)組織內的反應與我們在珊瑚礁、溫泉和許多其他自然環(huán)境中研究的生物-水-礦物質(zhì)相互作用的反應幾乎完全相同。我們的血液中充滿(mǎn)了鈣和磷酸鹽。鑒于我們血液的化學(xué)、生物學(xué)和成分,膠原鈣化和結節的生長(cháng)是不可避免的。然而,這一切的一線(xiàn)希望是,我們還發(fā)現我們的身體已經(jīng)進(jìn)化出了這些非常復雜和有效的過(guò)程來(lái)對抗礦化。它不能阻止它,但它可以大大減緩它!

研究人員發(fā)現了兩種防御機制。當細小的ACP球粒形成并開(kāi)始結合時(shí),心臟組織就會(huì )產(chǎn)生大量的骨橋蛋白。?苏f(shuō),骨橋蛋白促進(jìn)骨骼和腎結石中的磷灰石生長(cháng)和鈣化,因此研究結果最初令研究人員感到困惑。而骨橋蛋白對ACP有相反的抑制作用,減緩膠原鈣化和結節聚集。

“這就是為什么知道它是ACP而不是磷灰石是如此重要。增強骨橋蛋白的釋放可能是一個(gè)重要的新目標,可以減緩鈣化,使其不構成威脅或不需要手術(shù)干預,”Fouke說(shuō)。

人體的第二道防線(xiàn)就是形成結節的膠原蛋白。研究人員發(fā)現,當結節開(kāi)始生長(cháng)時(shí),膠原纖維伸展并包圍它們,形成水屏障,進(jìn)一步減緩結節的生長(cháng)。

除了研究骨橋蛋白減緩鈣化的可能治療應用外,研究人員還希望他們的工作能為防止初始生長(cháng)和溶解整個(gè)人體已經(jīng)形成的礦物質(zhì)沉積物開(kāi)辟新的研究途徑。

在與梅奧診所的合作下,該團隊現在正在應用他們的多模式GeoBioMed方法來(lái)研究人類(lèi)乳腺腫瘤的鈣化,這是該疾病的一個(gè)標志。

Osteopontin stabilization and collagen containment slows amorphous calcium phosphate transformation during human aortic valve leaflet calcification


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