Nature两篇文章利用再生医学修复心脏

来自加州大学旧金山分校，以及德州大学西南医学中心的两个研究小组分别在Nature杂志上发表文章，利用转分化技术，将非肌细胞重新编程为心肌细胞，以及将心肌成纤维细胞转化为心肌细胞样细胞，这些成果无疑将有助于心脏病的治疗，以及加深对于心脏功能的理解。

　　

生物通报道：来自加州大学旧金山分校，以及德州大学西南医学中心的两个研究小组分别在Nature杂志上发表文章，利用转分化技术，将非肌细胞重新编程为心肌细胞，以及将心肌成纤维细胞转化为心肌样细胞，这些成果无疑将有助于心脏病的治疗，以及加深对于心脏功能的理解。

在第一篇“Heart repair by reprogramming non-myocytes with cardiac transcription factors”文章中，研究人员将四种转录因子：GATA4、HAND2、MEF2C和TBX5混合在一起，组成了一种“鸡尾酒”试剂，将小鼠尾尖成纤维细胞和心脏成纤维细胞为跳动的心肌细胞样细胞。

心脏药物撤出市场的一个主要原因在于意想不到的心脏毒性——话句话说，这些本来旨在治疗心脏病的药物却对心脏产生了毒害作用。当前，这些药物通常是在衍生于仓鼠卵巢细胞或人类胚肾细胞的常见实验室细胞系上开展毒性作用预筛查的。尽管这些卵巢和甚至细胞被人为诱导模拟人体心脏细胞电生理学，它们仍旧与实物存在相当大的差异。临床使用前，在可靠的疾病及正常人类心脏细胞资源上检测这些药物的效应可以改善药物筛选，节约数十亿美金的费用，挽救无数患者的生命。

为此不少研究人员付出努力，希望能构建出心肌样细胞，在这篇文章中，研究人员将非心肌细胞被重新编程，转化为心肌样细胞。这些心肌样细胞成为双核，能组装成肌，并表现为心肌样的基因表达。单细胞分析结果显示心室心肌样的动作电位，电刺激可以激发波动和电耦反应。

而且在进行活体实验的时候，研究人员还采用了一种逆转录酶病毒来将转录因子输送到小鼠的心脏中，结果发现这四个转录因子的表达会将非肌细胞重新编程为心肌细胞，同时减轻心肌梗塞后的心脏功能失调。

另外一篇题为“In vivo reprogramming of murine cardiac fibroblasts into induced cardiomyocytes”的文章中，来自加州大学旧金山分校的研究人员就利用心脏成纤维细胞取得了相关成果。

他们重编程心脏成纤维细胞，成心肌细胞——心脏病发作后，这种肌肉细胞会永久丢失。研究人员利用一种逆转录病毒，传递三种转录因子，诱导成体小鼠的重编程，从而促进其心脏功能。

虽然之前也曾有研究表明在试管中，三个转录因子的一个组合可直接将心肌成纤维细胞重新编程为心肌样细胞，但是这一研究是首次在活体中实现了这一过程。

同样也是采用了一种逆转录酶病毒来向成年小鼠的心脏直接输送转录因子，研究人员完成了非肌细胞向诱导的心肌细胞的转化。

他们在小鼠体内经冠状动脉结扎处理后，注射GMT基因，也可以使非心肌细胞被重新编程，转化为心肌样细胞。这些心肌样细胞成为双核，能组装成肌，并表现为心肌样的基因表达。

单细胞分析结果显示心室心肌样的动作电位，电刺激可以激发波动和电耦反应。在冠状动脉结扎动物模型中，体内给予GMT基因可以减少心肌梗死面积和减轻心脏功能不全的程度。在给予GMT的同时，也给予促血管生成肽和成纤维细胞活化肽，胸腺素β4，可导致瘢痕面积和心功能的进一步改善。这些结果表明，心脏成纤维细胞可以在其原为环境下经重新编程转化成为心肌样细胞。这对于将来再生医学领域的临床应用于有重要的实践意义。

（生物通：万纹）

原文摘要：

In vivo reprogramming of murine cardiac fibroblasts into induced cardiomyocytes

The reprogramming of adult cells into pluripotent cells or directly into alternative adult cell types holds great promise for regenerative medicine. We reported previously that cardiac fibroblasts, which represent 50% of the cells in the mammalian heart, can be directly reprogrammed to adult cardiomyocyte-like cells in vitro by the addition of Gata4, Mef2c and Tbx5 (GMT). Here we use genetic lineage tracing to show that resident non-myocytes in the murine heart can be reprogrammed into cardiomyocyte-like cells in vivo by local delivery of GMT after coronary ligation. Induced cardiomyocytes became binucleate, assembled sarcomeres and had cardiomyocyte-like gene expression. Analysis of single cells revealed ventricular cardiomyocyte-like action potentials, beating upon electrical stimulation, and evidence of electrical coupling. In vivo delivery of GMT decreased infarct size and modestly attenuated cardiac dysfunction up to 3 months after coronary ligation. Delivery of the pro-angiogenic and fibroblast-activating peptide, thymosin β4, along with GMT, resulted in further improvements in scar area and cardiac function. These findings demonstrate that cardiac fibroblasts can be reprogrammed into cardiomyocyte-like cells in their native environment for potential regenerative purposes.

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The adult mammalian heart possesses little regenerative potential following injury. Fibrosis due to activation of cardiac fibroblasts impedes cardiac regeneration and contributes to loss of contractile function, pathological remodelling and susceptibility to arrhythmias. Cardiac fibroblasts account for a majority of cells in the heart and represent a potential cellular source for restoration of cardiac function following injury through phenotypic reprogramming to a myocardial cell fate. Here we show that four transcription factors, GATA4, HAND2, MEF2C and TBX5, can cooperatively reprogram adult mouse tail-tip and cardiac fibroblasts into beating cardiac-like myocytes in vitro. Forced expression of these factors in dividing non-cardiomyocytes in mice reprograms these cells into functional cardiac-like myocytes, improves cardiac function and reduces adverse ventricular remodelling following myocardial infarction. Our results suggest a strategy for cardiac repair through reprogramming fibroblasts resident in the heart with cardiogenic transcription factors or other molecules.