基于人胚胎干细胞的心肌生理性生长模型构建及CITED4-mTOR通路机制研究

《Cellular and Molecular Life Sciences》：Modeling myocardial physiological growth using human pluripotent stem cell derived cardiomyocytes and 3D cardiac microtissues

本研究针对心肌生理性生长缺乏临床相关体外模型的难题，开发了可诱导表达CITED4的人胚胎干细胞源性心肌细胞（hESC-CM）和3D心脏微组织模型。研究发现CITED4通过激活mTOR信号通路促进心肌细胞增殖与生理性肥大，并依赖AKT信号通路增强增殖能力。在模拟缺血再灌注损伤模型中，CITED4通过mTOR通路显著抑制心肌细胞凋亡。该模型为研究人类心肌生理性生长机制及药物筛选提供了重要平台。

　　

心脏作为人体最重要的泵血器官，其适应性生长机制一直是心血管领域的研究热点。运动训练可诱导心肌出现生理性生长，表现为心肌细胞适度肥大和增殖，这种适应性改变能显著提升心脏功能并对抗心血管疾病。然而，由于物种差异，小鼠模型难以完全模拟人类心脏的生理病理特征，且传统二维细胞模型无法再现体内三维微环境，这严重制约了心肌生理性生长机制的临床转化研究。

为突破这一瓶颈，上海大学裴怡华教授和肖俊杰教授团队在《Cellular and Molecular Life Sciences》发表了创新性研究成果。研究人员利用可诱导表达系统，成功构建了可调控CITED4基因表达的人胚胎干细胞系（iCITED4-hESC），并进一步分化为心肌细胞（hESC-CM）和3D心脏微组织。该模型首次在人类细胞水平实现了心肌生理性生长的可控模拟，为相关研究提供了更贴近临床的实验平台。

研究团队采用的关键技术包括：可诱导基因表达系统构建、hESC向心肌细胞定向分化、3D心脏微组织培养、氧糖剥夺/再灌注（OGD/R）损伤模型建立，以及RNA测序、蛋白质印迹、免疫荧光染色等分子生物学分析手段。

CITED4表达诱导hESC-CM增殖和生理性肥大

通过EdU掺入实验和α-actinin染色发现，CITED4表达显著促进hESC-CM增殖和细胞尺寸增大。与病理性肥大模型不同，CITED4过表达不引起ANP/BNP等病理性标志物上调，而MYH6/MYH7比值升高，符合生理性生长特征。RNA-seq分析显示代谢相关通路显著富集，线粒体呼吸功能增强，进一步证实了生理性生长的代谢适应性改变。

CITED4促进3D心脏微组织中心肌细胞增殖

在更接近生理状态的3D微组织模型中，CITED4表达同样显著增强心肌细胞增殖能力，证明其促生长效应在三维环境中依然有效。

mTOR信号通路介导CITED4的促生长效应

机制研究发现，CITED4激活mTOR下游靶点P70S6K1的磷酸化。使用mTOR抑制剂雷帕霉素处理可同时阻断CITED4诱导的增殖和肥大效应，表明mTOR信号通路是CITED4发挥促生长作用的关键媒介。

AKT信号通路参与CITED4诱导的增殖过程

Western blot结果显示CITED4表达增强AKT1（S473位点）磷酸化。AKT抑制剂MK2206处理特异性抑制CITED4引起的增殖效应，但不影响细胞肥大，说明AKT信号通路选择性调控增殖过程。

CITED4通过mTOR通路减轻缺血再灌注损伤

在OGD/R损伤模型中，CITED4表达显著降低心肌细胞凋亡，下调Bax/Bcl-2比值。这种保护作用可被mTOR抑制剂逆转，表明mTOR通路激活是CITED4抗凋亡效应的核心机制。

本研究成功建立了基于hESC的心肌生理性生长模型，揭示了CITED4通过激活mTOR通路协调促进心肌细胞增殖、肥大和抗凋亡的多重保护效应。该模型不仅为解析运动益心效应的分子机制提供了新视角，也为心血管疾病治疗策略开发提供了可靠的体外筛选平台。值得注意的是，CITED4在不同发育阶段心肌细胞中呈现差异化的增殖调控效应，提示其作用可能具有发育阶段特异性，这为后续研究指明了新方向。