上交团队揭示促进心肌细胞增殖和心脏再生的关键机制

心力衰竭是大多数心血管疾病的终末期，发病率和死亡率极高，是造成死亡的严重疾病之一。心肌梗死（MI）是冠状动脉疾病最严重的表现形式，可在几分钟内造成 25% 的心肌细胞死亡。目前临床上通过早期血管重建术对急性病人进行干预，但手术形成的瘢痕会导致心脏功能障碍，甚至引发心力衰竭。因此，迫切需要研究新策略，以缩小梗死面积，并使心肌梗死后的心肌细胞再生。

先前研究显示，新生小鼠心肌细胞可在心脏损伤后增殖，从而使心脏完全再生且不形成瘢痕。据报道，一名患有严重心肌梗死的新生儿心肌细胞再增殖并完全恢复心脏功能。然而，上述增殖能力在出生后的几天内减弱。

目前已有多种方法诱导心脏损伤后的成年哺乳动物的心肌细胞增殖，例如使用转录因子、激酶、细胞外因子等。多项研究显示，刺激成年哺乳动物的心肌细胞重新进入细胞周期，是一种预防心脏重构不良，改善心力衰竭预后的有效方法。

从头嘌呤合成对于维持细胞增殖至关重要。Adssl1 是一种肌肉特异性酶，在嘌呤从头合成中起着重要作用，并在心脏再生过程中表达上调。该酶通过将肌苷单磷酸（IMP）转化为腺苷单磷酸（AMP）来催化嘌呤从头合成途径的最后必要步骤。然而，其在心肌细胞增殖中的作用机制尚不清楚。

基于以上研究背景，上海交通大学联手华西医学院研究证明 Adssl1 对心脏再生的重要作用，并揭示其起作用的机制。相关成果以“The de novo purine synthesis enzyme Adssl1 promotes cardiomyocyte proliferation and cardiac regeneration”为题，发表在 Science Signaling 上。

首先，研究者证明了 Adssl1 的丰度与心肌细胞增殖相关。新生小鼠心脏根尖切除术后，心肌完全再生。免疫荧光染色和 Western bloting 结果显示：术后 4 天增殖心肌细胞中 Adssl1 的表达显著升高，这个结果提示 Adssl1 可能在调节心肌细胞增殖中发挥作用。

随后，研究团队证明了 Adssl1 在心脏再生过程中调节心肌细胞的增殖。研究者设计了一种 Adssl1F/F 小鼠品系，并将小鼠与 Myh6-Cre 转基因小鼠杂交，生成条件敲除模型。结果显示 Adssl1 基因缺陷小鼠在进行心脏根尖切除手术后，心脏再生效率显著降低，且 Adssl1 基因缺陷小鼠术后心脏纤维化和瘢痕大小增加。这些结果表明，Adssl1 对维持新生儿心肌细胞的增殖和心脏再生至关重要。

接下来研究团队证明了 Adssl1 可增强心肌梗死后的心脏修复。研究人员分离了心肌梗死后的成年 Adssl1Tg 心肌细胞，发现过表达 Adssl1Tg 的心脏的心肌细胞总数、单核心肌细胞和二倍体心肌细胞百分比较高，且梗死面积低于对照组。

此外，研究者还揭示了 Adssl1 通过 mTORC1 通路调控心肌细胞增殖的分子机制。研究人员使用腺病毒在原发性新生大鼠心室肌细胞（NRVMs）中过表达 Adssl1。Western blot 证实了 ad5-Adssl1 感染的 NRVMs 中 Adssl1 水平上调。Ad5-Adssl1 显著提高了 NRVM 的增殖能力，敲除 Adssl1 显著降低了心肌细胞的增殖能力。

KEGG 通路分析结果显示，在过表达 adssl1 的 NRVMs 中，一些典型的心肌细胞增殖通路激活，包括 ERK、mTORC1、P13K-Akt、Hippo、Erbb 和 Wnt 通路等。研究人员使用雷帕霉素抑制过表达 adssl1 的 NRVMs ，发现 mTORC1 抑制显著减少心肌细胞重新进入细胞周期。

为了进一步研究 Adssl1 是否通过 mTORC1 通路调节心肌细胞增殖，研究人员使用用靶向 mTORC1 抑制剂 Tsc2 的小干扰 RNA（siRNA）转染了 Adssl1 敲低的 NRVMs。Tsc2 敲除提高了 Adssl1 敲除 NRVMs 的增殖能力，此外，在 Tsc2 敲除后，Adssl1 敲除的 NRVMs 中与细胞周期相关的指示蛋白丰度也上升。综合上述结果，mTORC1 通路在 adssl1 介导的心肌细胞增殖中至关重要。

最后，考虑到 Adssl1 是从头嘌呤合成的关键酶，研究者通过液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）分析，以确定 Adssl1 如何调控过表达 Adssl1 中 mTORC1 通路的激活。研究结果显示，Adssl1 通过嘌呤代谢物调节心肌细胞增殖，Adssl1 -肌苷 /mTORC1 促进心肌细胞增殖和心脏再生。

总的来说，该研究证实了 Adssl1 通过 mTORC1 通路促进心肌细胞增殖， Adssl1 的缺失会阻碍新生儿心肌细胞再生，而过表达 Adssl1 可促进心肌梗死后成人心肌修复和心脏再生，以上结果证明 Adssl1 的激活是心肌梗死后的心肌再生的一个有前效途径，强调了 Adssl1 是治疗心脏损伤的一个很有希望的治疗靶点，对于临床上心肌梗死的治疗以及术后恢复具有重大意义。

1. Zhigang Li et al.,The de novo purine synthesis enzyme Adssl1 promotes cardiomyocyte proliferation and cardiac regeneration.Sci. Signal.17,eadn3285(2024).DOI:10.1126/scisignal.adn3285

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