Foxk1 和 Foxk2：心脏再生的 “希望之星”—— 开启缺血性心脏病治疗新征程

心脏受损后难以修复，严重威胁健康。为解决这一难题，研究人员开展了 Foxk1 和 Foxk2 对心肌细胞增殖及心脏再生影响的研究。结果发现，它们能促进心肌细胞增殖和心脏再生。这为缺血性心脏病治疗提供了新靶点，意义重大。

　　心脏，作为人体的 “生命引擎”，时刻不停地跳动，为全身输送着维持生命活动的血液。然而，当遭遇缺血性心脏病，这一全球主要致死病因时，心脏便陷入了困境。冠状动脉闭塞引发心肌梗死（MI），大量心肌细胞迅速死亡，而成年心肌细胞有限的增殖能力，使得受损心肌难以得到有效修复，只能被纤维化瘢痕组织替代，最终导致心室重构，甚至心力衰竭，严重威胁着人们的生命健康。尽管新生儿哺乳动物在心脏受伤后，能通过内源性心肌细胞增殖和特定信号通路实现心脏功能的完全恢复，但成年个体却难以复制这一过程。因此，寻找能够促进心肌细胞重新进入细胞周期、推动心脏再生的关键因素，成为了心血管领域亟待攻克的难题。

在这样的背景下，中国医学科学院阜外医院等机构的研究人员，展开了一项旨在揭示 Foxk1 和 Foxk2 在心肌细胞增殖及心脏再生中作用的研究。研究结果意义重大，相关成果发表在《Nature Communications》杂志上。

研究人员运用了多种关键技术方法。通过构建小鼠模型，包括心肌细胞特异性敲除 Foxk1 或 Foxk2 的小鼠模型以及过表达 Foxk1 或 Foxk2 的小鼠模型，来探究其在体内的功能。借助 RNA 测序（RNA-seq）、染色质可及性测序（CUT&Tag）等技术，深入分析基因表达和调控机制。同时，利用免疫荧光染色、蛋白质免疫印迹（Western blot）、实时荧光定量聚合酶链反应（qRT-PCR）等实验手段，对相关蛋白和基因的表达进行检测和验证。

研究结果如下：

• Foxk1 和 Foxk2 控制心肌细胞增殖：研究人员分析小鼠心肌细胞不同发育阶段发现，Foxk1 和 Foxk2 表达随心脏发育逐渐降低。在体外实验中，敲低 Foxk1 或 Foxk2 基因会抑制原代新生小鼠心肌细胞增殖；反之，过表达则促进增殖，且二者无协同增效作用，表明其通过保守机制发挥作用。
• Foxk1 和 Foxk2 延长心肌细胞增殖时间窗口：在新生小鼠体内过表达 Foxk1 或 Foxk2，可降低心肌细胞横截面积，增加心肌细胞数量和单核心肌细胞比例，提高 Aurora B、Ki67 和 pH3 阳性心肌细胞数量，这意味着它们能延迟心肌细胞周期停滞，延长增殖窗口期。
• Foxk1 和 Foxk2 是新生儿心脏再生所必需的：构建心肌细胞特异性敲除 Foxk1 或 Foxk2 的小鼠，经 MI 损伤后，与对照组相比，敲除组梗死瘢痕面积更大，心肌细胞尺寸更大，pH3 + 和 Aurora B + 心肌细胞数量减少，心脏功能恢复受损，说明 Foxk1 和 Foxk2 对新生儿心脏再生至关重要。
• Foxk1 和 Foxk2 改善成年小鼠心脏再生和修复：成年雄性小鼠 MI 后，尾静脉注射 AAV9-Foxk1 或 AAV9-Foxk2，可改善心脏功能，减小心肌细胞尺寸和纤维化瘢痕面积，增加增殖心肌细胞数量，抑制成纤维细胞激活，促进心脏再生和修复。
• Foxk1 和 Foxk2 诱导心肌细胞增殖的机制：CUT&Tag 和 RNA-seq 分析表明，Foxk1 和 Foxk2 分别直接靶向 Ccnb1 和 Cdk1 基因，促进其表达，形成 CCNB1/CDK1 复合物，推动细胞周期 G2/M 期转换，促进心肌细胞增殖；同时，二者还能调节其他细胞周期相关蛋白表达，使心肌细胞克服静止状态进入细胞周期。
• Foxk1 和 Foxk2 诱导心肌细胞代谢重编程：研究发现，Foxk1 和 Foxk2 可促进心肌细胞代谢向糖酵解转变，抑制三羧酸循环（TCA）和氧化磷酸化（OXPHOS）。体内实验也证实，过表达二者会增加糖酵解和戊糖磷酸途径（PPP）代谢产物，为心肌细胞增殖提供能量和生物合成前体。抑制糖酵解则会削弱其促增殖作用。
• Foxk1 和 Foxk2 诱导心肌细胞糖酵解的机制：通过分析 CUT&Tag-seq 数据发现，Foxk1 和 Foxk2 与 Hif1α 启动子区域结合，促进其表达。敲低 Hif1α 会抑制 Foxk1 和 Foxk2 诱导的糖酵解增强和细胞增殖，表明 HIF1α 是 Foxk1 和 Foxk2 促进糖酵解和增殖的下游调节因子。

研究结论和讨论部分指出，Foxk1 和 Foxk2 是心肌细胞增殖和心脏再生的关键转录因子。它们通过激活 CCNB1/CDK1 复合物促进细胞周期进展，同时激活 HIF1α 增强糖酵解和代谢重编程，发挥双重促增殖作用。基于此，利用 AAV9 介导的 Foxk1 或 Foxk2 过表达基因治疗，可改善成年小鼠心脏损伤后的功能恢复，为缺血性心脏病的治疗提供了极具潜力的新靶点。不过，在将这一研究成果应用于临床时，还需谨慎优化治疗剂量和持续时间，以避免过度糖酵解可能带来的不良影响。这项研究为心脏再生领域带来了新的曙光，有望推动心血管疾病治疗的新突破。