压力负荷调控Hippo/YAP信号通路促进人类心肌细胞增殖潜能的作用及机制研究

Inducing endogenous cardiomyocyte proliferation is currently one of the hotspots in the study of heart regeneration. A large number of recent studies have shown that, in infants and young children, cardiomyocytes have a strong proliferation potential, but this declines sharply over time. In a previous study, pulmonary artery banding (PAB) was performed on 2-week-old mice, and results showed that the pressure load activated the proliferative potential of cardiomyocytes. The Hippo/YAP signaling pathway plays an important role in controlling cell proliferation, and its regulation is closely related to changes in mechanical pressure. Results also showed that the expression of YAP in cardiomyocytes was significantly higher in the PAB mouse model. It is here hypothesized that the pressure load of human cardiac muscle cells was activated in a manner regulated by the Hippo/YAP pathway. However, it is not clear whether pressure loading can activate cardiomyocyte proliferation potential in humans, whether the Hippo/YAP signaling pathway is involved in this process, or what the key molecules involved in this regulation may be. In this study, clinical data from samples with high right ventricular pressure load and a juvenile myocardial conditional YAP knockout PAB mice model were used to address these issues and so provide scientifically significant clues that can be used in the study of heart regeneration.

促进内源性心肌细胞增殖是目前心脏再生研究的热点之一。近期大量研究表明婴幼儿心肌细胞具备较强的增殖潜能，但随着时间的推移急剧下降。我们在前期研究中首次对出生2周的幼年小鼠施行肺动脉环缩手术，发现压力负荷激活了心肌细胞的增殖潜能。Hippo/YAP是控制细胞增殖的重要信号通路，其调控与机械压力改变密切相关。我们在预实验中也发现幼年小鼠肺动脉环缩手术模型心肌细胞中YAP表达明显升高。因此，我们推测压力负荷通过调控Hippo/YAP通路激活了人类心肌细胞的增殖潜能。但是是否和小鼠实验一致，压力负荷可以激活人类心肌细胞的增殖潜能？ Hippo/YAP信号通路是否是此过程的调控通路？是否可以发现此过程中压力负荷调控Hippo/YAP通路的关键分子？本研究结合临床大样本的右心室压力高负荷样本和幼年心肌条件性YAP敲除小鼠肺动脉环缩模型对上诉内容展开研究，以期为心脏再生的研究提供有重大科学意义的线索。

心衰的治疗和监护给国人和社会带来了巨大的经济负担，也是未来全球老年化社会伴随的严重健康问题。心衰的根本病理改变是具有正常收缩功能的心肌细胞的大量减少。因此促进心肌细胞的增殖，以取代坏死或者收缩功能减弱的心肌细胞具有重要的应用前景。Hippo/YAP是控制细胞增殖的重要信号通路，其调控与机械压力改变密切相关，但其在调控人心肌细胞增殖中的作用并不清楚。此外，目前用于心肌细胞增殖研究的哺乳动物模型包括心尖切除模型和心肌梗死模型，但这两种模型存在是否具有心肌细胞增殖的较大争议以及心肌细胞基因表达谱改变不明显的重大缺陷。围绕以上问题，本项目开展了以下研究：（1）证实压力负荷促进动物及人心肌细胞的增殖潜能；（2）证明Hippo/YAP信号通路是调控人类心肌细胞增殖的关键信号通路；（3）发现调控人类心肌细胞增殖的关键分子并进行验证。我们利用肺动脉环缩术首先在国际上构建了新生鼠压力负荷模型；利用该模型，我们证明了压力负荷可以极大地促进新生鼠和人婴幼儿心肌细胞，差异基因达5496个，并且这些基因主要与细胞周期的调控有关，为心脏再生的研究提供了新的动物模型，从一个全新的视角来探究心肌细胞增殖的调节机理，有可能发现在传统模型中难以看到的现象和机制；在此基础上，我们还发现低氧对心肌细胞的作用与心肌细胞的发育阶段有关，其调控机制与YAP1的抗DNA氧化损伤有关，YAP1通过协调肌钙蛋白的表达调控心肌细胞的增殖；利用人体标本和IPS诱导的心肌细胞，我们详细评估了血氧饱和度在调控心肌细胞增殖中的作用，发现低氧的程度和氧浓度的减少方式均对心肌细胞的增殖有影响，提出先心患儿远距离转运的氧浓度控制方式，YAP1在该过程中扮演重要作用，是重要的调控靶点。通过该项目的支助，我们系统性的了解了压力负荷、Hippo/YAP1信号通路以及DNA氧化损伤在调控心肌细胞增殖中的相互作用，为心脏再生的研究提供了有重要科学意义的线索。