研究背景
成年哺乳動物心臟由于心肌細胞增殖能力低而再生能力有限，心肌梗死（MI）后心臟不能充分自我修復，胚胎心肌細胞具有強大的增殖潛力，因此識別促進胚胎心肌細胞增殖的關鍵分子可以解開促進成人心臟再生的關鍵靶點。2025年5月23日，中國醫(yī)學科學院阜外醫(yī)院聶宇團隊在Science Advances (IF 11.7)上發(fā)表文章“PTMA controls cardiomyocyte proliferation and cardiacrepair by enhancing STAT3 acetylation”，證實PTMA是心臟再生的關鍵調節(jié)因子，并表明有可能成為缺血性心肌損傷治療靶點。
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體內實驗
病毒產品
AAV9-cTNT-Ptma、AAV9-cTNT-Luciferase
實驗動物-1 C57BL/6小鼠(P1)
注射方式 皮下注射
注射量 2×1011VG/mouse
實驗動物-2 成年小鼠
注射方式 心肌內注射
注射量 5×1011 VG/mouse
體外實驗
病毒產品 Ad-CMV-Ptma、 Ad-CMV-Luciferase
實驗細胞 心肌細胞
MOI 50-100
免疫染色顯示AAV感染心臟后PTMA蛋白過表達
結果展示
1. PTMA促進心肌細胞增殖
作者首先確定了PTMA是驅動胚胎心臟心肌細胞周期重新進入的核心因素，為了研究PTMA過表達是否會誘導出生后早期心肌細胞的增殖，使用AAV9-cTnT-Ptma（維真生物提供）感染P1野生型小鼠，發(fā)現PTMA過表達增加了EdU、pH3、Aurora B陽性心肌細胞比例，以及有絲分裂的心肌細胞的數量。表明PTMA過表達有效地促進了出生后早期心肌細胞周期的重新進入。作者進一步研究PTMA是否足能促進成年小鼠心肌細胞增殖，通過心肌內注射AAV9-Ptma使PTMA在成年小鼠心臟中過表達，免疫染色顯示PTMA過表達導致成年心肌細胞DNA合成、有絲分裂和胞質分裂顯著增加，證明PTMA促進成年小鼠中心肌細胞增殖。進一步研究發(fā)現Ptma是維持小鼠心肌細胞增殖和新生心臟再生所必需的。
圖1 PTMA促進心肌細胞增殖
2. PTMA過表達延長心臟再生窗口
為了確定PTMA是否能促進心臟再生，作者使用AAV9-Ptma感染P1小鼠，并在P8進行MI，發(fā)現PTMA過表達顯著增加了經歷DNA合成和有絲分裂的心肌細胞數量，以及Aurora B+心肌細胞的比例，WGA染色顯示心肌細胞大小減小，表明PTMA過表達有效地促進心肌梗死損傷后心肌細胞的細胞周期重入。此外PTMA過表達顯著改善了心肌功能，Sirius red 和 Fast green共染色顯示PTMA過表達顯著減小了梗死區(qū)域的大小。這些發(fā)現表明PTMA延長了MI損傷后的心臟再生窗口。
圖2 PTMA過表達延長了MI損傷后的心臟再生窗口
3. PTMA增強心臟再生和修復
為了評估PTMA作為MI的治療靶點的潛力，作者在成年小鼠中誘導MI并通過心肌內注射遞送AAV9-Ptma，發(fā)現PTMA過表達改善了梗死后56天的心臟形態(tài)，提高了成年小鼠MI后的存活率，并減輕了病理性心臟重塑。然后作者研究了PTMA過表達是否誘導成年MI心臟的心肌細胞增殖，發(fā)現PTMA過表達導致心肌細胞體積減小，DNA合成以及心肌細胞有絲分裂和胞質分裂增加，此外PTMA過表達的心臟表現出心肌細胞總數的顯著升高。這些證實了PTMA在響應MI促進成年心肌細胞增殖中的作用，表明PTMA通過促進成人心臟中的心肌細胞增殖而有助于增強心臟修復。進一步的機制研究發(fā)現PTMA主要通過阻斷MBD 3/HDAC1 NuRD復合物的脫乙酰化功能來增強心肌細胞增殖，這導致STAT3乙酰化水平提高，進而促進了細胞增殖和存活的基因的活化。
圖3 AAV9遞送的Ptma基因療法增強成人心臟修復
實驗結論
本研究證明Ptma是一個核心保守基因，可以驅動小鼠和大鼠的原代心肌細胞以及人類誘導的多能干細胞的增殖。在機制上PTMA通過與MBD3相互作用促進心肌細胞增殖，其抑制MBD3/HDAC 1 NuRD復合物的脫乙酰化功能，從而促進STAT3的乙酰化和磷酸化激活。表明PTMA可以作為一個有前途的治療靶點，用于增強心臟修復，為缺血性心臟病患者開辟了一條突破性的治療途徑。