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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，心肌梗死后無法進行修復或再生，最終導致心臟纖維化和心力衰竭。盡管移植人類胚胎干細胞來源的心肌細胞（hESC-CMs）和誘導多能干細胞來源的心肌細胞(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。北京大學熊敬維教授和雷曉光教授以及復旦大學趙世民教授合作在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CM增殖和心臟再生，對成年大鼠心肌梗死后心臟功能修復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CMs進入細胞周期的小分子，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能夠有效促進成年大鼠、小鼠和人CMs的再次進入細胞周期和胞質(zhì)分裂(Fig. 1)。

Fig. 1 高通量篩選確定了5個小分子物質(zhì)促進心肌細胞增殖

5SM可以有效促進成年小鼠、大鼠體內(nèi)的CMs進入細胞周期和胞質(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也有明顯的作用。因此5SM可以促進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個基因表達上調(diào)，3688個基因表達下調(diào)，其中5SM處理的轉(zhuǎn)錄組發(fā)生顯著變化；全基因組與細胞分裂的生物學過程上調(diào)如染色體分離等，而與細胞遷移、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水平，降低了JAK-STAT、氧化磷酸化和分化信號通路基因的表達水平，對HIPPO和NRG1-ErbB無影響；558個上調(diào)基因啟動子區(qū)域與細胞周期和細胞分裂密切相關(guān)(Fig. 3)。

Fig. 3 轉(zhuǎn)錄組和染色質(zhì)可及性分析

為進一步確定5SM誘導CM增殖的細胞和分子機制，研究人員結(jié)合scRNA-seq鑒定了一個增殖簇CM4，5SM處理可能通過促進進入細胞分裂前靜止CMs (CM1)向去分化CMs (CM2)，誘導CM4細胞增殖(Fig. 4)。

Fig. 4 單細胞RNA-seq鑒定CMs

最后，研究人員對5SM促進CMs增殖的代謝途徑的信號通路進行了探究。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CMs增殖(Fig. 5 & 6)。

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

Fig. 6 抑制mTOR或LacRS2降低5SM誘導的CM增殖作用

該研究是首個關(guān)于全化學的小分子組合促進原位心臟再生的研究，揭示了心臟再生領(lǐng)域新的心肌細胞增殖機制，為更有效的心肌細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胞周期指示劑，用于實時追蹤細胞分裂狀態(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，作者亦借助心肌細胞特異性啟動子Tnnt2驅(qū)動cre酶的表達，追蹤心肌細胞細胞分裂的狀態(tài)。