Circulation：赵扬/周斌利用双重组酶追踪改进的因子组合在体内将心肌成纤维细胞重编程为心肌细胞样细胞

不可再生的细胞类型如心肌细胞因损伤和衰老而死亡，对正常的心脏功能造成不可逆转的损害。

2023年11月20日，北京大学赵扬及中国科学院分子细胞科学卓越创新中心周斌共同通讯在Circulation在线发表题为“Improved Factor Combination for In Vivo Reprogramming of Cardiac Myofibroblast to Cardiomyocyte-Like Cell With Dual Recombinase Tracing”的研究论文，该研究利用双重组酶追踪改进的因子组合在体内将心肌成纤维细胞重编程为心肌细胞样细胞。

在体内，直接重编程可以通过将增殖的、细胞外基质分泌激活的心肌成纤维细胞转化为心肌细胞来促进心脏再生。这种方法补充心肌细胞，同时改善心脏纤维化。先前的研究报道了通过转录因子(如GATA4, MEF2C, TBX5 [GMT])的表达，microRNA沉默或转录因子与小分子激活剂的表达，在体内心脏成纤维细胞重编程为心肌细胞。然而，激活的肌成纤维细胞是体内心脏重编程的理想靶点，比体外驻留的心脏成纤维细胞更难重编程。

使用严格的谱系追踪系统，体内心肌成纤维细胞到心肌细胞样细胞重编程的效率尚不清楚。此外，体外肌成纤维细胞到心肌细胞重编程的遗传和化学助推器的发现提出了应用这些助推器进一步提高体内肌成纤维细胞到心肌细胞重编程效率的有趣可能性。由于不能排除一些心肌细胞在损伤后可能表达肌成纤维细胞标记物，如Col1a1，因此该研究采用IR1双重组酶系统对肌成纤维细胞进行严格的谱系追踪生成的Tnni3-Dre、IR1、Postn- mercremer小鼠，用由骨膜蛋白(Postn)启动子驱动的ZsGreen选择性标记活化的肌成纤维细胞。

在心脏发育过程中，Dre可选择性地用tdTomato标记常驻肌钙蛋白I (TNNI3)⁺心肌细胞，且效率高，而被标记的心肌细胞中的loxP和ZsGreen成分会被永久去除，因此常驻心肌细胞在Cre的作用下无法表达ZsGreen。随后，他莫昔芬(TAM)诱导的Cre-loxP重组导致POSTN⁺肌成纤维细胞及其后代的永久性标记，即使在重编程为诱导心肌细胞(iCMs)后，也会永久性地消除tdTomato表达。

tdTomato免疫染色（图源自Circulation）

通过免疫染色，研究人员在心肌梗死+溶剂和EGFP+溶剂对照组中未检测到任何ZsGreen⁺tdTomato^-心肌细胞。这表明未经处理的小鼠心肌梗死后没有自发的肌成纤维细胞向心肌细胞的转分化，这与之前的研究结果一致。免疫组织化学染色显示，Fu-tet-o-EGFP转导的Tnni3-Dre、IR1、PostnMerCreMer小鼠中ZsGreen⁺EGFP⁺细胞/切片约335.3个。该系统随后被用于研究GMT在体内的重编程。免疫组织化学染色显示，多顺反onic GMT在体内可诱导POSTN⁺肌成纤维细胞重编程为iCMs，尽管效率较低，约1.8 ZsGreen⁺tdTomato^-心肌细胞/切片。

为了进一步研究肌成纤维细胞-心肌细胞重编程促进剂在体内的作用，作者在GMT (GMTMS）中加入了心肌和SALL4转录因子以及ALK5抑制剂SB431542 (S)和pan-Jak抑制剂ruxolitinib (R)的化学组合，据报道，它们可以提高体外iCM重编程效率。免疫组织化学显示，GMTMS+SR处理显著增加了肌成纤维细胞到心肌细胞的体内重编程效率， ZsGreen⁺tdTomato^-心肌细胞计数增加了14倍，或约25.4个ZsGreen⁺tdTomato ^-心肌细胞/切片。

此外，iCMs比GMT诱导的iCMs更成熟，具有排列良好的肌节结构和肌动蛋白表达。在GMTMS+SR、GMT+溶剂和MI+溶剂组中检测到相当数量的ZsGreen⁺tdTomato⁺融合心肌细胞。

综上，该研究提出了一个可高效诱导心梗原位肌成纤维细胞向心肌细胞命运转化的重编程组合GMTMS+SR，并通过严格的谱系示踪进行了验证，其心动超声功能实验也提示了细胞重编程方法治疗急性心梗的可行性和临床应用潜力。总的来说，这项研究为体内心脏重编程提供了一个可靠、有效的策略，它将进一步提升原位重编程方法的临床应用前景，造福更多的心梗患者。

原文链接：

https://doi.org/10.1161/CIRCULATIONAHA.122.062810