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心血管疾病是世界范圍內(nèi)的主要致死疾病之一，然而關(guān)于心血管領(lǐng)域的治療藥物開發(fā)仍然是一項艱巨的挑戰(zhàn)。成年哺乳動物的心肌細(xì)胞（Cardiomyocyte, CM）幾乎不可再生，因此心臟更新率非常低，心肌梗死后無法進(jìn)行修復(fù)或再生，最終導(dǎo)致心臟纖維化和心力衰竭。盡管移植人類胚胎干細(xì)胞來源的心肌細(xì)胞（hESC-CMs）和誘導(dǎo)多能干細(xì)胞來源的心肌細(xì)胞(hiPSC-CMs)可以在小鼠、大鼠和猴子中實現(xiàn)心肌再生，但是往往會引起心律失常和其他異常，并且由于移植細(xì)胞的長期存活率低而受到限制。

雞尾酒療法（Cocktail）又稱融合健康療法，簡稱CT療法。是指在制定健康解決方案過程中，將健康的相關(guān)性因素，按一定的比例，像調(diào)制雞尾酒一樣搭配起來，從解決某一類健康問題。北京大學(xué)熊敬維教授和雷曉光教授以及復(fù)旦大學(xué)趙世民教授合作在Cell Stem Cell雜志發(fā)表了題為A small-molecule cocktail promotes mammalian cardiomyocyte proliferation and heart regeneration的研究文章，該研究發(fā)現(xiàn)通過5個小分子物質(zhì)（5SM）的雞尾酒療法可以促進(jìn)CM增殖和心臟再生，對成年大鼠心肌梗死后心臟功能修復(fù)具有良好的治療作用（ DOI: 10.1016/j.stem.2022.03.009 ）。

首先，利用高通量的篩選系統(tǒng)（基于腺病毒載體的“green FUCCI系統(tǒng)”和基于Tnnt2-Cre 腺病毒的MADM系統(tǒng)),研究人員篩選出13個能有效誘導(dǎo)CMs進(jìn)入細(xì)胞周期的小分子，除C1之外，其余的12個小分子單一使用對CM胞質(zhì)分裂均沒有明顯效果；隨后通過兩兩組合、構(gòu)建模型預(yù)測及驗證發(fā)現(xiàn)5個小分子物質(zhì)組成5SM，其中包括phenylephrine、baricitinib、harmine、vo-ohpic trihydrate和AZD3965。5SM能夠有效促進(jìn)成年大鼠、小鼠和人CMs的再次進(jìn)入細(xì)胞周期和胞質(zhì)分裂(Fig. 1)。

Fig. 1 高通量篩選確定了5個小分子物質(zhì)促進(jìn)心肌細(xì)胞增殖

5SM可以有效促進(jìn)成年小鼠、大鼠體內(nèi)的CMs進(jìn)入細(xì)胞周期和胞質(zhì)分裂，同時5SM對于心肌梗死后的大鼠CM增殖及心臟功能恢復(fù)也有明顯的作用。因此5SM可以促進(jìn)CMs增殖及心臟再生(Fig. 2)。

隨后研究人員通過RNA測序與ATAC-seq檢測發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，5SM有2607個基因表達(dá)上調(diào)，3688個基因表達(dá)下調(diào)，其中5SM處理的轉(zhuǎn)錄組發(fā)生顯著變化；全基因組與細(xì)胞分裂的生物學(xué)過程上調(diào)如染色體分離等，而與細(xì)胞遷移、炎癥反應(yīng)和血管生成的明顯下調(diào)；處理提高了細(xì)胞周期、mTOR、PI3K-AKT、去分化、糖酵解和甲羥戊酸信號通路基因的表達(dá)水平，降低了JAK-STAT、氧化磷酸化和分化信號通路基因的表達(dá)水平，對HIPPO和NRG1-ErbB無影響；558個上調(diào)基因啟動子區(qū)域與細(xì)胞周期和細(xì)胞分裂密切相關(guān)(Fig. 3)。

Fig. 3 轉(zhuǎn)錄組和染色質(zhì)可及性分析

為進(jìn)一步確定5SM誘導(dǎo)CM增殖的細(xì)胞和分子機制，研究人員結(jié)合scRNA-seq鑒定了一個增殖簇CM4，5SM處理可能通過促進(jìn)進(jìn)入細(xì)胞分裂前靜止CMs (CM1)向去分化CMs (CM2)，誘導(dǎo)CM4細(xì)胞增殖(Fig. 4)。

Fig. 4 單細(xì)胞RNA-seq鑒定CMs

最后，研究人員對5SM促進(jìn)CMs增殖的代謝途徑的信號通路進(jìn)行了探究。研究發(fā)現(xiàn)，5SM通過激活乳酸信號和mTOR信號通路，從而使CMs代謝由氧化磷酸化向糖酵解轉(zhuǎn)換，從而促進(jìn)CMs增殖(Fig. 5 & 6)。

Fig. 5 5SM通過乳酸- LacRS2介導(dǎo)的代謝轉(zhuǎn)換促進(jìn)CM增殖

Fig. 6 抑制mTOR或LacRS2降低5SM誘導(dǎo)的CM增殖作用

該研究是首個關(guān)于全化學(xué)的小分子組合促進(jìn)原位心臟再生的研究，揭示了心臟再生領(lǐng)域新的心肌細(xì)胞增殖機制，為更有效的心肌細(xì)胞增殖和心臟再生化合物研究提供了一個良好的切入點，同時也為臨床轉(zhuǎn)化提供了新的思路。

Fig 7 基于腺病毒載體的FUCCI系統(tǒng)

和元很榮幸能為此項重磅研究提供篩選系統(tǒng)所需的大量腺病毒載體，用于該工作自主構(gòu)建的greenFUCCI系統(tǒng)，眾所周知，F(xiàn)UCCI是一種基于熒光泛素化的細(xì)胞周期指示劑，用于實時追蹤細(xì)胞分裂狀態(tài)，在此項工作中，作者通過將縮短的人Geminin突變基因與Azami Green基因融合（mAG-hGeminin (1/110)），結(jié)合心肌細(xì)胞特異性Tnnt2啟動子構(gòu)建腺病毒載體，用于對S/G2/M期心肌細(xì)胞狀態(tài)的追蹤。此外，在MADM（mosaic analysis with the double markers）分析中，作者亦借助心肌細(xì)胞特異性啟動子Tnnt2驅(qū)動cre酶的表達(dá)，追蹤心肌細(xì)胞細(xì)胞分裂的狀態(tài)。