Circulation｜赵扬团队揭示心梗后肌成纤维细胞在体重编程诱导心肌再生的内源性屏障

近日，北京大学赵扬团队在知名医学期刊Circulation在线发表题为Overcoming Intrinsic Barriers in Myofibroblasts Permits Efficient Cardiac Reprogramming After Infarction的研究论文。

该研究发现，心梗后损伤区域高度富集的激活态肌成纤维细胞（myofibroblast, MF）具有抵抗向心肌细胞重编程的内源障碍，作者进一步鉴定出转录因子MEOX1是导致这一抗性的主要因素。

敲低MEOX1能够打破肌成纤维细胞的细胞命运稳态，促进其向诱导心肌细胞（induced cardiomyocyte, iCM）转化。作者进一步利用严格的谱系示踪系统对这种“在体重编程”进行观测，发现MEOX1敲低显著提升了心肌原位再生的诱导效率，并在体内减轻心脏纤维化、改善心功能。

心肌梗死发生后，大量心肌细胞不可逆丢失，原本处于静息状态的心脏成纤维细胞被迅速激活，并进一步转变为肌成纤维细胞。这些细胞大量分泌细胞外基质，参与瘢痕形成和心室重构，导致心脏纤维化及心衰。

如果能够通过细胞命运重编程技术，将心梗区的肌成纤维细胞直接转化为诱导心肌细胞，便有望同时实现两个目标：一方面减少“造疤”细胞，另一方面补充因心梗损伤死亡的心肌细胞。因此，肌成纤维细胞被视为原位心脏重编程最理想的靶细胞之一。

赵扬研究组长期研究这种诱导心肌原位再生的“在体重编程”策略，曾报道新的因子组合显著提高效率，并利用严格的双重组酶系统进行验证（Circulation, 20231; iScience, 20232）。

此外，该团队揭示了心梗微环境中免疫细胞（巨噬细胞、T细胞）和心脏成纤维细胞之间基于IFN信号通路的互作激活严重抑制重编程（Protein & Cell, 20243, Life Medicine, 20264），以及利用在体Perturb-seq技术系统评估了在体影响重编程效率的因子，揭示应激下游激活的CALR及其下游的钙信号活性调控MEF2C活性是“在体重编程”的主要障碍因子（Cell Stem Cell, 20265）。

然而，一个长期悬而未决的问题是：心梗微环境中不同心脏成纤维细胞亚群是否具备相同的诱导成为心肌细胞的能力？心梗后特别需要被转化的肌成纤维细胞，是否和健康状态下的静息成纤维细胞具有一样的心肌命运诱导能力？

最理想的靶细胞，

为何最难被重编程？

为了直接回答这一问题，研究团队利用PDGFRα抗体纯化心脏成纤维细胞，并结合Postn谱系追踪标记心梗后激活的肌成纤维细胞，将其与静息心脏成纤维细胞分开，进行诱导心肌细胞能力的直接对比。

结果显示：肌成纤维细胞的心肌重编程效率明显低于静息成纤维细胞。这意味着，心梗区重编程效率低，并不完全是外部微环境造成的。肌成纤维细胞自身的病理性细胞状态，本身就是一道独立存在的重编程屏障。

研究团队随后对心梗后不同成纤维细胞亚群进行了单细胞RNA测序，并从肌成纤维细胞相关亚群富集的转录调控因子中筛选潜在的内源性障碍因子。通过靶向shRNA筛选，MEOX1最终进入研究人员的视野。

MEOX1此前已被报道参与心脏成纤维细胞活化和纤维化过程6-8，因此，作者进一步探索这种心梗后病理性提高表达的内源MEOX1，是否真正限制了肌成纤维细胞的心肌命运转换？

研究结果表明，直接敲低MEOX1即可显著提高小鼠肌成纤维细胞的重编程效率，这一作用在人源肌成纤维细胞体系中同样存在。更重要的是，解除MEOX1屏障后，即使采用不含GATA4的简化因子组合，仍然能够有效启动心肌命运程序。

MEOX1维持了肌成纤维细胞的“命运锁定”

进一步的机制研究显示，MEOX1并非只是肌成纤维细胞活化的伴随标志，而是一个主动维持其病理状态的转录调控因子。

当MEOX1的DNA结合结构域被破坏，或其转录激活功能被转化为转录抑制功能后，MEOX1对重编程的抑制明显减弱。结合单细胞RNA测序、bulk RNA测序和CUT&Tag分析，研究人员发现，MEOX1持续强化纤维化、炎症反应及肌成纤维细胞身份相关的转录程序，并与心肌命运网络形成拮抗。

敲低MEOX1后，维持肌成纤维细胞身份的转录网络被削弱，细胞进而更容易响应心肌重编程因子，进入iCM命运。

研究还发现，心梗微环境中的TGF-β1和IL-1β均可诱导MEOX1升高。这使MEOX1成为连接损伤信号、成纤维细胞活化和重编程抗性的重要节点。这提示，相比一味增加外源转录因子，移除靶细胞自身的命运障碍，可能是降低递送载荷、简化体内重编程体系的另一条路径。

严格谱系追踪验证

体内肌成纤维细胞-心肌细胞转化

更精确、更严格的细胞命运谱系示踪是体内直接重编程研究始终面临的一个关键问题。为此，研究团队采用与中科院上海分子细胞卓越中心周斌团队合作开发的双重组酶谱系示踪体系1，对肌成纤维细胞来源的细胞进行严格遗传标记，并尽可能排除内源性心肌细胞错误标记和细胞融合等干扰。

结果显示，在重编程因子基础上敲低MEOX1，能够显著增加由肌成纤维细胞谱系产生的诱导心肌细胞数量。与此同时，心梗后的纤维化面积明显减少，左心室收缩功能也得到进一步改善。

因此，MEOX1敲低带来的并非单一效应：它一方面削弱肌成纤维细胞的促纤维化程序，另一方面解除其诱导心肌方向重编程的抵抗特性，使这些原本“造疤”的细胞更容易进入心肌命运。

从增强外源输入，

到解除病理状态靶细胞自身的屏障

过去十余年，心脏重编程领域主要关注如何从转录激活和表观遗传等角度提供更强的心肌命运诱导的驱动力及提高靶细胞的可塑性。本研究则提示，决定“在体重编程”成败的，也有靶细胞自身细胞命运的稳态维持。

图1. 在心梗环境下，MEOX1调控心脏成纤维细胞活化及心脏重编程的模型示意图

北京大学临床医学高等研究院、细胞稳态与衰老性重大疾病北京研究中心的吴靖东博士，北京大学未来技术学院杨春艳博士（2017级）、博士生吴东晖（2024级）和北京大学定量生物学中心的朱少奇博士（汤超研究组）为本文共同第一作者。北京大学临床医学高等研究院、细胞稳态与衰老性重大疾病北京研究中心、天然药物及仿生药物全国重点实验室、生命科学联合中心的赵扬研究员为本文通讯作者。本研究得到了中国科学院分子细胞卓越中心周斌研究员、北京大学汤超教授和北京大学王世强教授的帮助，受到国家自然科学基金委、国家重点研发计划、中国博士后科学基金会、北京大学临床医学+X青年专项和北大分子医学南京转化研究院的大力支持。

参考资料：

1.Wu J, Zhao H, Tao Y, Yang C, Yang Y, Zhou B, Zhao Y. Improved Factor Combination for In Vivo Reprogramming of Cardiac Myofibroblast to Cardiomyocyte-Like Cell With Dual Recombinase Tracing. Circulation. 2023;148:1728-1731.

2.Tao Y, Yang Y, Yang Z, Wang L, Wang S-Q, Zhao Y. Robust small molecule-aided cardiac reprogramming systems selective to cardiac fibroblasts. iScience. 2023;26. doi: 10.1016/j.isci.2023.108466

3.Wang H, Yang J, Cai Y, Zhao Y. Macrophages suppress cardiac reprogramming of fibroblasts in vivo via IFN-mediated intercellular self-stimulating circuit. Protein & Cell. 2024.

4.Cai Y, Wang H, Yang J, Li Q, Dai Y, Zhao Y. Macrophage-directed T cell recruitment augments IFN-Mediated suppression of cardiac reprogramming in vivo. Life Med. 2026;5:lnag005. doi: 10.1093/lifemedi/lnag005

5.Cai Y, Yang Y, Yang J, Ding R, Zhang Q, Dang X, Li C, Zhao Y. Perturb-seq uncovers pathological obstacles to direct cardiac reprogramming in vivo. Cell Stem Cell. 2026;33:784-799 e786. doi: 10.1016/j.stem.2026.03.006

6.Alexanian M, Przytycki PF, Micheletti R, Padmanabhan A, Ye L, Travers JG, Gonzalez-Teran B, Silva AC, Duan Q, Ranade SS, et al. A transcriptional switch governs fibroblast activation in heart disease. Nature. 2021;595:438-443. doi: 10.1038/s41586-021-03674-1

7.Alexanian M, Padmanabhan A, Nishino T, Travers JG, Ye L, Pelonero A, Lee CY, Sadagopan N, Huang Y, Auclair K, et al. Chromatin remodelling drives immune cell-fibroblast communication in heart failure. Nature. 2024;635:434-443. doi: 10.1038/s41586-024-08085-6

8.Yamada Y, Sadahiro T, Nakano K, Honda S, Abe Y, Akiyama T, Fujita R, Nakamura M, Maeda T, Kuze Y, et al. Cardiac Reprogramming and Gata4 Overexpression Reduce Fibrosis and Improve Diastolic Dysfunction in Heart Failure With Preserved Ejection Fraction. Circulation. 2025;151:379-395. doi: 10.1161/CIRCULATIONAHA.123.067504

来源 | 北京大学赵扬团队