11月7日，國際學(xué)術(shù)期刊Cell Stem Cell在線發(fā)表了中國科學(xué)院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心（生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所）曾安研究組與上海市第一人民醫(yī)院周志剛團(tuán)隊(duì)的合作研究成果，題為“Injury-induced Clusterin? cardiomyocytes suppress inflammation and promote regeneration in neonatal and adult hearts by reprogramming macrophages”。研究鑒定出在心臟損傷后特異誘導(dǎo)的Clusterin?（Clu?）心肌細(xì)胞亞群，并系統(tǒng)闡明了其通過調(diào)控巨噬細(xì)胞、協(xié)調(diào)炎癥消退與組織修復(fù)、激活再生信號(hào)的作用機(jī)制?；谶@一發(fā)現(xiàn)，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步構(gòu)建了高表達(dá)CLU的工程化心臟類器官，并驗(yàn)證其在成年小鼠心肌梗死后的修復(fù)與功能恢復(fù)中的潛在應(yīng)用價(jià)值，為缺血性心臟病的再生治療提供了新的研究思路與技術(shù)方向。
在全球范圍內(nèi)，心血管疾病是導(dǎo)致人類死亡的首要原因，其中心肌梗死是最常見且最致命的類型之一。心肌梗死后，大量心肌細(xì)胞發(fā)生不可逆死亡，伴隨急性炎癥反應(yīng)與成纖維細(xì)胞活化，最終形成瘢痕組織，導(dǎo)致心室重構(gòu)和心功能衰竭。與此形成鮮明對(duì)比的是，斑馬魚、蠑螈等脊椎動(dòng)物，以及出生后短時(shí)間內(nèi)的小鼠心臟，均具備顯著的心臟再生能力。例如，新生小鼠在心尖切除后，可通過現(xiàn)存心肌細(xì)胞的增殖實(shí)現(xiàn)組織結(jié)構(gòu)和泵血功能的完全恢復(fù)，但這種能力會(huì)在出生后一周內(nèi)迅速喪失。為何幼年心臟能夠再生，而成年心臟失去這一潛能，一直是心臟再生領(lǐng)域亟待解決的核心科學(xué)問題。
單細(xì)胞多組學(xué)結(jié)合雙重重組酶遺傳示蹤鑒定心臟再生關(guān)鍵亞群
在解析新生小鼠心臟再生機(jī)制的過程中，研究團(tuán)隊(duì)利用單細(xì)胞與空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)，對(duì)不同發(fā)育階段心臟損傷模型進(jìn)行了系統(tǒng)比較。結(jié)果顯示，盡管大多數(shù)心臟細(xì)胞類型在不同階段均可檢測到，但Clu?心肌細(xì)胞幾乎僅在具備再生能力的新生期（P1）心臟中富集，而在P8及成年心臟中極為罕見?？臻g分布分析顯示，Clu?心肌細(xì)胞主要位于損傷邊緣區(qū)域，構(gòu)建出有利于組織修復(fù)的再生微環(huán)境。通過遺傳譜系追蹤進(jìn)一步驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，Clu?心肌細(xì)胞僅在新生期損傷后誘導(dǎo)產(chǎn)生，而在未損傷或P8心臟模型中幾乎無法檢測到。雙重組酶介導(dǎo)的細(xì)胞消融結(jié)果證實(shí)，Clu?心肌細(xì)胞對(duì)幼年期心臟再生是必需的。結(jié)果表明該細(xì)胞群是新生心臟中由損傷激活的再生特異性心肌細(xì)胞亞群。
再生關(guān)鍵因子 CLU 的功能驗(yàn)證
研究團(tuán)隊(duì)利用體內(nèi)功能篩選體系，確認(rèn)CLU是Clu?心肌細(xì)胞介導(dǎo)心臟修復(fù)的關(guān)鍵效應(yīng)分子。在心肌細(xì)胞特異性Clu基因敲除小鼠中，Clu缺失并不影響正常發(fā)育下的心臟結(jié)構(gòu)和功能，但在新生期損傷后會(huì)顯著抑制心肌細(xì)胞增殖、增加凋亡和纖維化，從而損害心功能恢復(fù)，提示CLU對(duì)新生期心肌修復(fù)不可或缺。相反，在誘導(dǎo)性Clu過表達(dá)模型中，無論是P8小鼠還是成年心肌梗死模型，Clu激活均能顯著增強(qiáng)心肌細(xì)胞增殖、減少瘢痕形成并改善射血分?jǐn)?shù)（EF）與縮短分?jǐn)?shù)（FS）等指標(biāo)。磁共振成像結(jié)果顯示，Clu激活能夠有效緩解心室擴(kuò)張與室壁變薄趨勢，使心功能恢復(fù)接近正常水平。這些結(jié)果說明，CLU是新生心臟再生的重要調(diào)控因子，其外源激活可促進(jìn)成年心臟的再生潛能。
CLU 重塑再生免疫微環(huán)境驅(qū)動(dòng)心臟修復(fù)
機(jī)制研究顯示，CLU通過調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞的代謝狀態(tài)與分泌模式，促使其由促炎表型向抗炎/修復(fù)型轉(zhuǎn)變，從而支持心肌細(xì)胞的再生。單細(xì)胞測序結(jié)果表明，Clu過表達(dá)可擴(kuò)增抗炎巨噬細(xì)胞群體，減少炎性亞群，并呈現(xiàn)出與新生期心臟再生階段一致的轉(zhuǎn)錄特征。進(jìn)一步的轉(zhuǎn)錄組與功能分析發(fā)現(xiàn)，CLU誘導(dǎo)的巨噬細(xì)胞顯著上調(diào)骨形態(tài)發(fā)生蛋白BMP2的分泌，而BMP2通過心肌細(xì)胞受體BMPR1A，促進(jìn)心肌細(xì)胞進(jìn)入增殖周期。這些結(jié)果表明，CLU通過誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞極化并調(diào)控其 BMP2分泌，形成促增殖的免疫–再生軸，有助于實(shí)現(xiàn)心臟組織的修復(fù)。
工程化心臟類器官的再生治療潛力
臨床相關(guān)性分析顯示，心肌梗死患者血清CLU水平顯著下降，并與心功能受損程度密切相關(guān)。為探索臨床轉(zhuǎn)化路徑，研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了人胚胎干細(xì)胞來源的心臟類器官，并誘導(dǎo)其高表達(dá)CLU。將這些工程化的CLU?類器官移植至急性心肌梗死小鼠的損傷邊緣區(qū)后，類器官能夠穩(wěn)定存活并與宿主組織整合。功能評(píng)估顯示，CLU?類器官顯著促進(jìn)心肌細(xì)胞增殖，改善心臟收縮功能，并營造抗炎修復(fù)的微環(huán)境。該結(jié)果提示，基于CLU調(diào)控機(jī)制的工程化心臟類器官在缺血性心臟病再生治療中具有良好的應(yīng)用潛力。
綜上所述，本研究通過多組學(xué)與功能實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，解析了新生心臟再生過程中由損傷誘導(dǎo)的 Clu?心肌細(xì)胞的特征及作用機(jī)制，揭示了其通過免疫重塑驅(qū)動(dòng)心肌修復(fù)的分子通路。同時(shí)，研究結(jié)果證明該通路在成年心臟中具備可塑性，為未來開發(fā)促進(jìn)心臟再生的干預(yù)策略提供了理論依據(jù)。利用CLU?工程化類器官實(shí)現(xiàn)功能修復(fù)的成果，展示了將基礎(chǔ)機(jī)制轉(zhuǎn)化為潛在臨床應(yīng)用的可行路徑，為心梗后心臟功能重建提供了新的研究方向。目前，相關(guān)研究正向臨床前驗(yàn)證階段推進(jìn)。
分子細(xì)胞卓越中心范磊博士后、博士研究生唐琦、博士研究生王鈺童為該論文的共同第一作者。分子細(xì)胞卓越中心曾安研究員和上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第一人民醫(yī)院周志剛副主任醫(yī)師為該論文的共同通訊作者。該項(xiàng)研究工作得到了科技部重點(diǎn)研發(fā)，國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)、上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)，生物醫(yī)學(xué)峰基金等資助；并得到了分子細(xì)胞卓越中心細(xì)胞生物學(xué)技術(shù)平臺(tái)、化學(xué)生物學(xué)技術(shù)平臺(tái)、動(dòng)物實(shí)驗(yàn)技術(shù)平臺(tái)和斑馬魚等平臺(tái)的支持。
文章鏈接：https://www.cell.com/cell-stem-cell/abstract/S1934-5909(25)00376-5
