诱导心肌细胞“一分为二” 小分子组合或圆心脏再生梦

　　◎本报记者 代小佩

　　研究职员发现，5SM可显著改善成年大鼠心梗后的心脏功效，削减心脏纤维化面积，并可通过激活乳酸信号和mTOR通路，促进心肌细胞代谢由氧化磷酸化向糖酵解转换，最终诱导心肌细胞增殖和盘据。

　　心血管疾病严重威胁人类康健。其中，心肌梗塞(心梗)会导致心肌细胞大量殒命，而残余的心肌细胞再生能力有限，最终会导致心脏纤维化和心力衰竭。促使心肌细胞再生，成为心梗患者恢复康健的要害。

　　克日，北京大学未来手艺学院熊敬维教授、北京大学化学与分子工程学院雷晓光教授、复旦大学赵世民教授团队互助，在《细胞干细胞》期刊揭晓了一项研究，该研究在国际上首次讲述了5个小分子的组合可有用促进成年大鼠心脏再生，并在治疗心梗中施展一定作用。

　　直面哺乳动物心脏再生的天下性难题

　　对于严重的心梗，临床上一样平常有两种应对方式，一是植入支架，把堵塞的血管买通，促使血液流到心梗区域，从而缓解心肌缺血的症状；二是服用起珍爱心脏作用的药物。“但这两种方式都无法挽回因心梗而丢失的心肌细胞，严重的心梗患者3—5年内的殒命率高达50%。”熊敬维说。

　　“在已往的20多年里，全球在治疗心梗药物研发方面没有太大希望。”熊敬维在接受科技日报记者采访时称，研发治疗心梗的药物成本高、乐成率低，许多大型药厂都把这个项目砍掉，因此大量心梗患者的临床需求一直未被知足。

　　面临这种逆境，外界对心脏再生医学抱有很大期待。

　　能不能让受损的心脏再生？这个问题至今没有谜底。熊敬维示意，心脏再生领域存在许多未解决的问题。如提高成年哺乳动物内源性心肌细胞增殖对心脏再生至关主要，但成年哺乳动物内源性心肌细胞增殖率很低；又如，内源性心脏干细胞有利于促进心脏再生，但还没有找到成年哺乳动物的内源性心脏干细胞；再如，行使胚胎干细胞可在体外生产心肌细胞再移植到体内，但其效率低且易引起心律失常甚至致死。

　　解刻意脏再生这一天下性难题，成为许多生物医学科学家的梦想。

　　此前，有研究职员发现特定的基因和小核酸可促进成年哺乳动物心肌细胞再生，但这种促进心肌细胞再生的机制存在两个问题：一是将基因和小核酸递送入人体的历程中所使用的病毒载体可能发生副作用，存在平安风险；二是这些基因或小核酸递送到心脏后表达不能控，有发生肿瘤的风险，最终会导致动物殒命。也有研究报道单个化学小分子在治疗心梗方面有一定作用，但其治疗效率很低。此外，另有人通过基因编辑把心脏内的其他细胞(如纤维细胞)转化成心肌细胞，这种手段在体外效率很高，但在动物体内效率却很低。

　　能不能开拓出其他路径？熊敬维耐久研究斑马鱼，这种低等动物有着人类所没有的“超能力”——斑马鱼的心脏受损后在一到两个月内可完全恢复，这是由于斑马鱼的心脏在受损历程中，会让一部门心肌细胞盘据，即一分为二，这就是“再生”。

　　受到斑马鱼启发，熊敬维琢磨：包罗人类在内的哺乳动物可不能以像斑马鱼一样，通过心肌细胞盘据让受损的心脏再生？

　　找到诱导心肌细胞增殖的小分子组合

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”在德国杜伊斯堡·埃森大学就读东亚研究和中国经济的海洋，用流利而标准的中文向大家介绍他所在城市里移动的汉字。海洋毕业于德国北威州埃森市伯乐高级文理中学，曾是该校中文合唱团的一员。

　　2016年，随着新一批博士生入组及新手艺的厚实，熊敬维把萦绕在心头多年的目的提上日程——找到能诱导哺乳动物心肌细胞盘据的化学小分子。

　　第一步事情是筛选，从成千上万个化学小分子中筛选出相符条件的小分子。

　　“已往的化学小分子文库对照有限，现在已相当完整。有的文库反映小分子的结构多样性，有的偏重于小分子的成药性。”熊敬维先容，他们的目的小分子，不仅要能促进心肌细胞再生，还要有较好的成药性，即具有能进入临床Ⅰ期试验的ADME(吸收、漫衍、代谢和渗出)性子和平安性，以便于后期围绕这些小分子开展药物研发事情。

　　他们选择的成药性较好的化学小分子文库中含有1.1万个小分子，若是手动筛选，事情量异常大。为解决这个问题，研究团队行使雷晓光确立的一套高通量筛选系统举行筛选。为了“锁定”促使心肌细胞一分为二的小分子，研究团队接纳了双荧光细胞周期讲述系统FUCCI(符号有丝盘据S-G2-M期)和MADM(显示胞质盘据)，FUCCI讲述系统很迅速，相符条件的小分子会被迅速符号出来，MADM系统可进一步验证小分子促进细胞一分为二的效果。

　　“高通量筛选系统和敏感的讲述系统提高了筛选效率，原来要3年才气做完的事，现在一年或半年就够了。”熊敬维示意。

　　最终，研究团队经由6轮筛选找到了13个候选小分子。“然则，这13个小分子只能有用诱导心肌细胞进入细胞周期，不能诱导其发生一分为二的胞质盘据历程。厥后，我们就想把候选的单个小分子举行组合后再验证其效果，但13个小分子组合数太多，我们的战略是首先验证两两组合的效果。”上述研究论文并列第一作者、北京大学博士生郑丽霞说。

　　郑丽霞先容，基于两两组合的效果他们进一步连系数学模子展望促增殖效果最佳的小分子组合，并通过体内外实验验证发现由盐酸去氧肾上腺素、巴瑞克替尼、去氢骆驼蓬碱、VO-Ohpic trihydrate和AZD3965组成的小分子组合5SM，可以乐成诱导成年巨细鼠的心肌细胞重新进入细胞周期并发生胞质盘据。

　　在完成体外实验后，还必须验证小分子组合5SM在体内的药效。郑丽霞先容，由于体内与体外的给药方式、给药剂量和给药频率会有所差异，因此他们多次试验，调整给药方式，最终攻破了难题，证实晰5SM在体内同样可以施展作用。

　　研究职员发现，5SM可显著改善成年大鼠心梗后的心脏功效，削减心脏纤维化面积，并可通过激活乳酸信号和mTOR通路，促进心肌细胞代谢由氧化磷酸化向糖酵解转换，最终诱导心肌细胞增殖和盘据。

　　心梗患者有望用上小分子组合化学药

　　这项研究功效首次在国际上发现促进心脏再生的小分子药物组合，展现了心脏再生领域新的细胞和分子机制，并有望找到治疗心梗的候选小分子药物。

　　熊敬维示意：“有一个很主要的发现就是，我们找到的这些小分子并不通过现在主流以为的Yap通路和MAPK通路起作用，而是通过改变心肌细胞的代谢起作用，这和以前研究发现的心肌细胞再生气制差异。”

　　对于这项研究功效，中国医学科学院阜外医院心血管疾病国家重点实验室研究员聂宇评价道：“这项研究功效意义重大，这是国际上第一个通过化合物组合诱导心肌细胞原位增殖的研究功效。行使化合物促进心脏再生是人人所期待的一种方式，由于平安性更高。”

　　熊敬维示意，接下来，研究团队要进一步研究这些小分子施展作用的机制，同时，基于这项理论功效研发出一些新手艺，为开发治疗心梗的药物提供新思绪和新战略，并开展临床药物研发事情。

　　“我们已经知道了这5个小分子中哪个施展的作用最大，我们想再从另外的4个小分子中找一两个施展辅助作用，并据此研发新的药物。若是在大鼠和猪实验中证实有药效，我们会推动开展临床试验，争取在两年内申请到国家药监局的相关批文。若是顺遂的话，估量5—8年后，我们有望看到心梗患者在治疗中用上小分子组合化学药物。”熊敬维对此充满期待。

　　此外，这项研究功效将给其他领域的再生医学研究带来一些启示。熊敬维称，这些小分子组合可能会对神经元再生、肾脏再生、骨骼肌再生等其他领域再生问题的研究提供借鉴。“我以为，其启示作用体现在两方面：首先，要促进没有或还没有找到成年干细胞的实体器官再生，可以思量接纳让细胞一分为二的再生战略；其次，可以借鉴这5个分子施展作用的要害信号通路。”熊敬维说。

【编辑:陈文韬】 ,