妊娠期糖尿病如何影響寶寶的心臟？

美國加州大學洛杉磯分校再生醫學和幹細胞研究中心的研究人員已經發現，糖尿病或其他因素導致的高血糖水平，都能阻礙心肌細胞正常成熟。他們的發現有助於解釋為什麼糖尿病婦女生出的嬰兒更容易患先天性心臟病。

這項研究發表在e Life雜誌上。研究人員發現，當發育中的心臟細胞暴露於高濃度的葡萄糖時，這些細胞會產生比平常更多的DNA構建塊，從而導致細胞繼續繁殖而不是成熟。

圖 與降低的葡萄糖條件（右）相比，從幹細胞生長的人類心臟細胞在高葡萄糖條件（左）下顯示較不健壯的肌纖維（綠色）。

高血糖不僅對成年人不健康，它們對胎兒的發育也不利。了解高血糖水平導致胎兒疾病的機制，最終可能會產生新的治療方法。雖然遺傳在先天性心臟病的發展中起著重要的作用，但導致這種疾病的主要非遺傳風險因素是母親在懷孕期間患有糖尿病。懷孕期間血液中葡萄糖含量高的女性生出的嬰兒比其他嬰兒患這種疾病的幾率高2-5倍。然而，研究人員一直無法確定葡萄糖對發育中的胎兒的精確影響。

研究設計及結果

Nakano和他的同事利用人類胚胎幹細胞，在實驗室培育心肌細胞，然後將它們暴露在不同水平的葡萄糖中。暴露於少量葡萄糖的細胞通常會正常成熟。但是，與高水平葡萄糖混合的心肌細胞成熟較晚或者完全沒有成熟，反而產生了更多的未成熟的細胞。

研究人員發現，當暴露於額外的葡萄糖時，心肌細胞會過度激活戊糖磷酸通道——這是一種細胞過程，尤其是生成核苷酸（DNA構建塊）。在高葡萄糖水平的細胞中，戊糖磷酸通道比通常產生更多的核苷酸。科學家們發現，過量的核苷酸使細胞無法成熟。

「一般認為，更多的營養對細胞來說是更好的，但我們在這裡看到的恰恰相反，」Nakano說。「通過將葡萄糖消耗在正確的發育階段，我們可以限制細胞的增殖，從而使它們成熟，並使心肌更健康。」

在患有糖尿病的懷孕小鼠中，研究人員觀察到了同樣的現象：胎兒的心臟細胞分裂迅速，但成熟緩慢。

研究意義

這一發現可能會帶來更好的從幹細胞製造心肌細胞的方法。今天，在實驗室中產生心肌細胞的大多數方案都導致了未成熟的細胞，但是靶向戊糖磷酸鹽通路，可以幫助生成更成熟的細胞，用來再生心臟細胞或用於研究目的。

在美國出生的兒童中，有近1/100的兒童患有先天性心臟病。這是最常見的出生缺陷。它引起的癥狀的嚴重程度因人而異，從輕微弱化的心肌，到需要手術的嚴重心臟變形。為此，加州大學洛杉磯分校的技術開發小組代表加州大學(University ofCalifornia Regents)還提出了一項臨時專利申請，將戊糖磷酸鹽通道作為心臟成熟的目標，由加州大學洛杉磯分校(University of CaliforniaRegents)的助理研究員Austin Nakano和加州大學(UCLA)助理研究員Haruko Nakano作為發明者。

參考文獻

Haruko Nakano et al, Glucose inhibitscardiac muscle maturation through nucleotide biosynthesis, eLife (2017). DOI:10.7554/eLife.29330