Circulation 中国医学科学院阜外医院聂宇教授课题组与胡盛寿院士团队合作鉴定心肌再生新靶点Versican

心肌梗死等缺血性心脏病是导致人类死亡的主要疾病之一，约占所有死亡原因的六分之一。一次严重的急性心肌梗死可导致左室四分之一的心肌细胞在数小时内发生不可逆的丢失，加之成年个体心肌细胞增殖能力微弱，心肌组织往往发生纤维化修复和心室重构，导致心力衰竭等严重后果。近年来研究提示，应用再生医学手段诱导受损心肌组织中内源性心肌细胞增殖，促进心肌组织原位再生，是心肌梗死患者恢复心脏正常的结构和功能，阻断心力衰竭发生的潜在策略。

2023年10月27日，中国医学科学院阜外医院聂宇教授与胡盛寿院士团队合作，在Circulation上发表了题为“Versican promotes Cardiomyocyte Proliferation and Cardiac Repair”的研究论文。该研究通过单细胞RNA测序和液相色谱-质谱联用分析，鉴定了心脏中一种可以促进心肌细胞增殖的调控因子versican，并进一步揭示了versican在促进内源性心肌细胞增殖和心肌修复中的作用及机制，为临床上治疗心肌损伤提供了新的研究角度及潜在治疗策略。这一研究是聂宇教授团队2020年在Circulation杂志发表“gp130 Controls Cardiomyocyte Proliferation and Heart Regeneration”以来的系列工作之一，进一步从细胞外基质角度阐明了心肌组织微环境在调控心肌再生修复中的关键作用。

作者首先构建新生小鼠心尖切除模型，利用单细胞RNA测序和液相色谱-质谱联用分析，联合单细胞数据分析鉴定了可能在心肌再生过程中发挥作用的8种成纤维细胞合成分泌的细胞外基质(Extracellular Matrix，ECM)成分。为了验证哪种成分在心肌细胞增殖过程中发挥关键作用，作者分离新生小鼠心肌细胞，给予这8种细胞外基质重组蛋白处理，发现仅有versican可以显著促进心肌细胞增殖。

versican是广泛存在于心脏组织ECM中的一种蛋白聚糖，可以通过结合细胞表面相应受体影响细胞增殖、生长、迁移等功能。既往研究表明，versican对于心脏室间隔发育及流出道形成至关重要，而在心肌再生中的作用尚未有报道。作者发现，新生小鼠心肌损伤后versican蛋白水平明显增加。为了探讨versican在动物体内水平对心肌细胞增殖和心肌再生的作用，作者利用Cre/LoxP系统特异性敲除小鼠心脏成纤维细胞中的versican编码基因Vcan；构建新生小鼠心尖切除模型，发现心脏成纤维细胞特异性敲除Vcan可抑制心肌细胞增殖和心肌再生。作者进一步发现，心脏成纤维细胞特异性敲除Vcan的小鼠心肌层注射versican重组蛋白，能够有效挽回新生小鼠心尖切除后的心肌组织再生能力。以上结果表明，成纤维细胞合成分泌versican是新生小鼠心肌再生的关键条件。

为了探讨versican是否有可能应用于成年个体心肌损伤干预，作者构建成年小鼠心肌梗死模型，同时给予心肌内注射重组versican蛋白。作者观察到versican心肌层注射刺激了成年心肌细胞增殖，versican处理组心肌细胞数目明显增多，心肌纤维化明显减弱，心脏功能发生显著恢复。以上结果提示，versican在成年小鼠心肌损伤后，同样能够通过促进心肌细胞增殖，改善心脏功能。

为了验证versican在人类中功能的保守性和转化潜力，作者对来源于人源诱导多能干细胞的心肌细胞进行versican重组蛋白处理，发现versican可以促进心肌细胞增殖，延缓心肌细胞成熟。由此阐明，versican可能是促进缺血性心脏疾病患者心脏修复的一个潜在靶点。

最后，作者利用RNA测序及分子生物学实验，进一步探索了versican促进心肌细胞增殖的分子机制，结果表明versican通过激活心肌细胞表面受体integrin β1，活化了下游信号分子ERK1/2和Akt，从而介导新生小鼠心肌细胞增殖。为了进一步研究versican是否通过激活心肌细胞integrin β1及其下游ERK1/2和Akt通路促进成年小鼠心肌细胞增殖及心肌修复，作者首先检测到成年小鼠心梗后给予versican处理后，integrin β1及其下游ERK1/2和Akt分子均被激活，而拮抗integrin β1或抑制ERK1/2和Akt分子后，versican诱导的成年小鼠心肌细胞增殖及心肌修复受到显著抑制。以上结果表明，versican在成年小鼠心肌损伤后，通过激活integrin β1及其下游ERK1/2和Akt通路促进心肌细胞增殖，改善心脏功能。

综上所述，该研究揭示了心脏成纤维细胞通过合成分泌细胞外基质versican对心肌修复和再生的贡献，阐明versican通过激活心肌细胞integrin β1及其下游信号分子ERK1/2和Akt促进心肌细胞增殖和心肌修复。该研究表明基于versican 的治疗可能是缺血性心肌病潜在的干预策略，同时对于理解心肌损伤后成纤维细胞所扮演的角色具有重要意义。

中国医学科学院阜外医院冯杰为该文第一作者，中国医学科学院阜外医院聂宇教授和胡盛寿院士为该文的共同通讯作者。该工作得到国家重点研发项目、国家自然科学基金、中国医学科学院医学科学创新工程、北京市自然科学基金等资助。

原文链接：

https://www.ahajournals.org/doi/10.1161/CIRCULATIONAHA.123.066298

https://www.ahajournals.org/doi/full/10.1161/CIRCULATIONAHA.119.044484