哺乳动物心脏再生：神话或微小RNA？

心脏是人类健康长寿的生理源 动力，心脏的功能对机体至关重要，但是，心肌损伤后的自我修复能力却极其有限。现代医学的“教规”明确指出，心脏是一个细胞终末分化器官，心肌细胞没有再 生能力。这方面的证据很充分，心脏不能再生的概念也不容质疑，尤其是成人心肌细胞，再生极其罕见。然而近几年来，许多研究者在其科学研究中都或多或少得到 了一些提示：或许现在应该重新审视哺乳动物的心脏了，应该努力寻找可能的线索，从而在心肌损伤时能够激发心肌细胞的再生和修复能力。在近期《科学•转化医 学》发表的一篇研究中，Tian博士的研究团队发现，在心肌损伤时，微小RNA（micro RNA，miRNA）可以加强心肌细胞的再生和修复能力，显示出了一定的临床治疗前景。

通常情况下，从斑马鱼和果蝇 等基因易于操控的动物模型实验中获得的线索，是后续重大科研成果和科学突破的基础。从非哺乳类脊椎动物的研究中发现，心脏其实也具有一定的再生能力。比 如，成熟的斑马鱼心脏就具有再生能力。切掉成熟斑马鱼心脏的心尖后，立即诱发了其心肌细胞的再生，一个月后心尖损伤被完全修复。另外，在斑马鱼的研究工作 还给出了一些提示，哺乳类动物的心脏可能保留有一定的损伤后再生和修复能力，因为实验发现，斑马鱼新生的心肌细胞其实来源于原来的心肌细胞，其心肌细胞经 历了一个去分化（dedifferentiation）的过程，心肌细胞重新分裂增殖而修复损伤。

从Tian的团队和其他的研 究中都已经发现，小鼠既有心肌细胞经历去分化后就成了新生心肌细胞的来源。哺乳动物的心脏在出生后很短的时间内仍具有再生能力。小鼠在出生后的6天内，其 心脏仍具有再生能力，但从第7天开始，这种细胞再生能力就逐渐丧失了。这样一个“再生-不能再生”的短暂期其实为研究者提供了一个研究哺乳动物心脏再生的 时空窗口。心肌细胞的增殖是心脏再生的关键，哺乳动物出生后心肌细胞增殖能力被“关闭”的机制正在一步步被揭示出来。

Hippo信号通路与心脏发育

在出生后，随着负责再次进入 细胞周期、有丝分裂和胞质分裂的基因表达陡然降低，大部分新生儿的心肌细胞退出了细胞周期，但仍保留有单个心肌细胞的自身增长能力，保证心脏逐渐增大以满 足机体发育的正常生理需求。有研究表明，细胞信号传导通路中的Hippo通路如果被剔除，则心脏的再生能力在出生7天后仍能继续保持。

Hippo信号传导通路在果 蝇的研究为理解哺乳动物心肌细胞的增殖提供了重要线索。对果蝇的研究发现，Hippo通路的激活是一个关闭细胞分裂增殖的信号。对于小鼠发育中的心 脏，Hippo信号通路中很多关键组件的功能在进化中都得以保留。在哺乳动物，Mst1/Mst2（相当于果蝇的Hippo组件）与其调节蛋白WW5（果 蝇的Sav）形成一个活性复合体，后者能够使激酶Lats1和Lats2（果蝇的Warts）磷酸化。Hippo通路最下游的转录共激活子Yap/Taz (果蝇的Yki)能够增加促增殖基因的转录。在小鼠，Lats激酶能够磷酸化Yap/Taz，使后者离开细胞核。

在Hippo信号低的环境 中，比如快速成长的胚胎细胞，Yap/Taz聚集在胞核内，作为DNA转录因子TEAD家族的共激活子。Yap/Taz/TEAD复合物促进基因的转录， 维持细胞的增殖和存活。如果删除了Hippo信号传导通路的组件，则会导致细胞有丝分裂的增加，有时细胞凋亡也可能降低，器官变得巨大。在发育过程中，剔 除心脏Hippo通路的激酶组件或者高表达Yap，则会促使心肌细胞过度分裂增殖，导致心脏巨大。与之相反的是，如果剔除Yap因子，则会导致心脏发育不 全，甚至心力衰竭。

由于至今观察到的心肌细胞增 殖非常罕见，所以，成熟哺乳动物发生心梗后，其修复能力也很有限。考虑到Hippo在心脏发育中的独特作用，关于Hippo在心肌损伤修复中的研究吸引了 越来越多的关注。对小鼠的研究已经证明，Hippo信号通路的确是心肌细胞分裂增殖的负调节因子，由此提示，去除Hippo信号的负面调节也许对成熟哺乳 动物心肌损伤的修复能起到有益的促进作用。的确，在成年小鼠的研究已经表明，去除Hippo信号通路组件或者高表达Yap，心梗小鼠的心肌细胞开始增殖、 缺血心肌的疤痕减小、心脏功能提高。

心脏再生力的回归与miRNA

如果抑制了哺乳动物发育中的一个重要组件Hippo信号，那么，心肌细胞就可以在此诱导下进行自我修复。miRNA是调节细胞信号和表型的一种方式。这是一簇小分子、非编码RNA，根据Watson-Crick碱基配对的规则，它们可以结合到转录后mRNA的3’端非翻译“种子区域”，从而在转录后翻译前，抑制靶基因的表达。一些研究已经探索了miRNA在心肌损伤修复中的作用，但是，尚未与控制心肌细胞再生增殖的具体信号通路直接关联起来。

由于miRNA簇miRNA-302～367在发育早期参与了一些组织特异性祖细胞的维持，因此Tian博士的团队对这一miRNA簇进行了研究。通过特异性的获能/失能研究，他们发现miRNA-302～ 367可促进小鼠心肌细胞的分裂增殖。miRNA-302～367获能导致胚胎和幼年小鼠的心脏肥大，心肌细胞呈现为分化表型，与干扰Hippo信号通路的变化一样。而且，在筛选研究中，他们发现miRNA-302～367与Hippo信号通路中的组件Mst1和Lats2存在直接关联，Mst1/Lats2直接参与了心肌细胞增殖的调控。因此，Tian的研究，将miRNA-302～367、Hippo信号传导通路和心肌细胞再生紧密地联系了起来。

在这里必须保持谨慎的是，miRNA簇在不同条件下会有很多不同的靶点。miRNA控制着心肌损伤修复的多个过程，包括细胞死亡、代谢、以及分裂增殖等，而不仅是调控细胞的分裂增殖。比如在高血压情况下，miRNA簇miRNA-199a～214能够促进心肌细胞从健康状态下以代谢脂肪酸为主，转变为以代谢葡萄糖为主。与之相反的是，miRNA簇miRNA-199a在心肌缺血损伤时的高表达有益于保护心肌，在高血压动物模型miRNA-199a/214拮抗剂却能够提高心脏功能，降低纤维化和心肌肥厚。

在发现和理解了miRNA簇miRNA-302～367对于心肌细胞再生的作用后，重要的是希望其能够被转化为临床治疗的武器。心肌缺血小鼠经miRNA-302～367模拟物系统治疗后，与空白对照剂相比，其心脏纤维化明显减轻，心脏功能显著提高。但是，刚出生的动物若miRNA-302～367持续高表达，则使心肌细胞长时间处于去分化状态，最终导致心力衰竭。所以，在临床实验中，miRNA簇miRNA-302～367模拟物的给药时间很重要，而且，一旦模拟物的稳定性确定，必须制定详细的试验方案，严密监视参试者的心脏功能。

miRNA疗法:希望和陷阱

尽管其作为临床治疗策略目前仍处于研发阶段，但是，心脏再生领域的研究近年来已经取得了很大进步。抑制miRNA-34a/miRNA-15的活性，或者高表达miRNA-590，都能够改善成熟心脏心肌缺血后的心脏功能。另外，miRNA-17～92与Tian团队研究的miRNA-302～367共有一些种子区域；在小鼠心梗模型的研究发现，提高miRNA-17～92 的表达可以诱导小鼠的心肌细胞再生，缩小心肌疤痕，改善心脏功能。以miRNA为基础的治疗方法在调节心肌细胞再生增殖方面显示出了很好的前景，其临床效果需要在临床试验中加以验证。

Tian博士团队的研究的确为克服miRNA的转化医学障碍提供了一些启示。假设一个心肌细胞要进入分裂增殖周期，一个关键步骤是拆开其胞内的肌小节；而Tian的研究发现，通过操纵一个miRNA复合物，能够降解肌小节，使细胞去分化。由此，使心肌细胞回到其原始状态的策略获得了成功，为下一步的研究提供了帮助。将来，靶向于调控心脏发育基因的miRNA也许能够用于治疗具体的心脏疾病。Tian的研究进一步强调，将miRNA制剂采用系统给药途径也很有吸引力。miRNA治疗在技术上是可行的，因为可以通过拮抗剂有效地降低miRNA活性，也可以通过给予miRNA 模拟物而达到希望的治疗效果。

尽管还需要大量的研究工作来证实，但是，具有促进细胞增殖功能的miRNA如miR-302～367，在从小鼠到人类的生物进化中，其功能似乎是相对保守的，这使得可以在小鼠进行深度研究，模拟出很多疾病的病理模型。此外，在不同的体内环境中研究促进细胞增殖功能的miRNA，能够帮助寻找和确定新的基因靶标。

从miRNA的治疗获得长期效益的路上还存在许多障碍。其中很关键一点是必须全面理解治疗用miRNA的所有可能的副作用。另外一个值得关注的是被miRNA靶向的基因。最重要的是安全性，如何安全地操纵促增生的信号通路，同时又使副作用最小化。Tian等的研究已经引起了安全性方面的关注，在基因工程小鼠中，持续地高表达miR-302～367非但未能保护心脏功能，反而引起了心肌损害。此外，虽然已经知晓阻断Hippo信号通路能够促进心肌再生，但是调节Hippo信号通路的精准机制并不明确。比如，为了达到心脏功能的最优化，Hippo信号通路应该被抑制到何种程度？促进心肌再生增殖的治疗也许应该是短暂或一过性的，这样才可能避免心功能受损。

总之，Tian等的发现令人振奋，将发育生物学与再生医学紧密结合了起来。他们的研究数据向人们展示出了通过研究心肌再生增殖而治疗心肌梗死的蓝图。将来，也许我们会有一个完整的“miRNA工具箱”，随时可以用来修复心脏和其他各种脏器的损伤。再生医学的前景值得期待。

（作者：罗全伟、白蕊）

参考文献：Science Translational Medicine 2015;7:279fs12