综述：使用修饰后的mRNA促进心肌细胞增殖，并用于心脏遗传性疾病的研究、建模及治疗

《Biochemical Society Transactions》：Using modified mRNA for cardiomyocyte proliferation and cardiac genetic disease modelling and treatment

心肌再生与遗传性心脏病治疗中改性mRNA（modRNA）的应用及挑战。modRNA凭借其低免疫原性、可编程性和短暂表达特性，在促进心肌细胞增殖、蛋白替代及基因编辑领域展现潜力，如通过过表达FSTL1、PKM2等基因增强心脏功能，或利用Cas9 mRNA进行遗传病基因编辑。当前瓶颈包括递送系统优化（如脂质纳米颗粒安全性）、临床模型适配（急性vs慢性心肌梗死）及长期安全性评估。

　　### 心脏修复与再生的未来：探索修改性mRNA（modRNA）的潜力

心脏衰竭（Heart Failure, HF）是全球范围内导致死亡的主要原因之一，其相关的死亡率和社会经济负担预计会进一步加剧。据估计，全球有6400万人受到HF的影响，这一数字在未来几年内可能会持续上升。在美国，仅HF的治疗成本预计到2030年将达到700亿美元，凸显了这一疾病对医疗体系的沉重压力。除了经济上的影响，HF还显著降低了患者的生活质量，因此迫切需要更有效的治疗手段。目前，HF的治疗主要依赖于药物疗法，旨在控制症状和减缓疾病进展。然而，这些治疗手段并不能逆转心肌的退化，而心脏移植则是唯一被认为能实现治愈的方法。因此，能够实现心肌再生的技术成为了心血管医学领域的重要研究方向。

在心脏再生的研究中，科学家们发现多种生物通路可能参与这一过程，但将治疗因子有效递送至受损的心肌组织仍然是一个重大挑战。近年来，修改性mRNA（modified mRNA, modRNA）作为一种新兴的基因治疗工具，引起了广泛关注。modRNA是经过化学修饰的合成mRNA，具有更高的基因包装容量、较低的免疫反应以及能够实现短暂但稳健的蛋白质表达。这些特性使其在心血管疾病治疗中展现出巨大潜力。本文将探讨modRNA在心脏修复和再生中的应用，包括其在心肌梗死（Myocardial Infarction, MI）后促进心肌细胞（Cardiomyocytes, CMs）增殖的能力，以及其在遗传性心脏疾病建模和治疗中的作用。

### 传统基因治疗与modRNA的优势

传统的心脏基因治疗主要依赖于病毒载体或非病毒载体进行基因递送。病毒载体，如腺相关病毒（AAV）、腺病毒（Adenovirus）和慢病毒（Lentivirus），能够实现长期的基因表达，但它们也伴随着一定的风险。例如，病毒载体可能导致基因组整合，引发插入突变，影响基因组稳定性。此外，由于体内存在中和抗体，这些载体的治疗效果可能会受到限制。非病毒载体，如质粒DNA，虽然具有较低的免疫反应和可控的表达时间，但其转染效率较低，且在大规模生产中面临技术障碍，限制了其临床应用。

相比之下，modRNA具有一些显著的优势。首先，它不会整合到宿主基因组中，因此避免了基因组突变的风险。其次，modRNA的表达是短暂的，这种特性使其在需要精准调控的治疗场景中尤为重要。例如，在心脏再生过程中，长时间的蛋白质表达可能导致心肌细胞去分化，从而引发心律失常和心功能下降。而modRNA的短暂表达则可以防止这些不良后果。此外，modRNA的合成时间较短，且其基因包装能力较强，使其成为一种灵活且高效的基因治疗工具。

### modRNA在心脏再生中的应用

近年来，研究人员开始探索modRNA在心脏再生中的应用。特别是在心肌梗死后，modRNA被证明能够有效促进心肌细胞的增殖，从而改善心脏功能。心肌梗死是导致HF的主要原因之一，其病理过程包括心肌细胞死亡、免疫细胞浸润和心肌纤维化，同时伴有新生血管形成不足。modRNA的引入为解决这些问题提供了新的思路。

在多项研究中，科学家们发现通过modRNA递送特定的基因，可以有效调控心肌细胞的增殖。例如，研究显示，Follistatin-like 1蛋白的N180Q突变体（FSTL1）的modRNA能够显著提高新生大鼠心肌细胞（NRCMs）的增殖率，表现为BrdU+、Ki67+、pHH3+和AURKB+心肌细胞数量的增加。此外，PKM2（丙酮酸激酶同工酶2）的modRNA在心肌细胞中能够促进细胞周期相关基因的表达，如MYC和CCND1，从而提高心肌细胞的增殖能力。这些研究不仅揭示了modRNA在心脏再生中的潜力，还为未来的心脏修复提供了理论依据。

### modRNA在遗传性心脏疾病中的应用

除了心脏再生，modRNA在遗传性心脏疾病的研究和治疗中也展现出重要价值。许多心脏疾病具有遗传基础，如家族性扩张型心肌病（Familial Dilated Cardiomyopathy, DCM）、诺曼综合征（Noonan Syndrome, NS）和肥厚型心肌病（Hypertrophic Cardiomyopathy, HCM）。这些疾病通常由特定基因的突变引起，而modRNA作为一种基因治疗工具，能够通过基因替代或基因编辑的方式进行干预。

在DCM的研究中，RBM20基因的突变被发现与疾病的发生密切相关。通过modRNA递送RBM20的正常版本，可以部分恢复心肌细胞的正常功能，减少纤维化并改善心脏收缩能力。此外，针对NS的RRAS2基因突变，研究人员利用modRNA在心肌细胞中表达了突变的RRAS2蛋白，从而模拟了疾病模型并评估了潜在的治疗策略。同样，在HCM的研究中，通过modRNA递送MYH7和MYBPC3基因的正常版本，能够有效减少心肌肥厚和纤维化，改善心脏功能。

### modRNA在基因编辑中的应用

基因编辑技术，特别是CRISPR-Cas9系统，已经成为治疗遗传性疾病的有力工具。然而，传统的基因编辑方法往往伴随着较高的免疫反应和潜在的基因组整合风险。modRNA作为Cas9的递送载体，为基因编辑提供了一种更安全、更可控的方式。通过modRNA递送Cas9蛋白，研究人员能够在心肌细胞中实现精准的基因编辑，从而纠正致病性突变。

例如，在Fabry病的研究中，通过modRNA递送GLA基因的正常版本，能够有效减少甘油三酯鞘脂（GB3）的积累，部分恢复心肌细胞的正常功能。在杜氏肌营养不良症（Duchenne Muscular Dystrophy, DMD）的研究中，利用modRNA递送Cas9蛋白，成功修复了DMD基因突变，改善了心肌细胞的功能。这些研究不仅展示了modRNA在基因编辑中的潜力，还为治疗遗传性心脏疾病提供了新的思路。

### modRNA的临床转化挑战

尽管modRNA在心脏再生和遗传性心脏疾病治疗中展现出巨大潜力，但其临床转化仍然面临诸多挑战。首先，modRNA的表达时间较短，这可能限制其在需要长期治疗的慢性疾病中的应用。其次，modRNA的递送效率和靶向性仍然是需要解决的问题。目前，大多数modRNA递送依赖于脂质纳米颗粒（Lipid Nanoparticles, LNPs），但LNPs可能引发细胞毒性，并且容易在肝脏中积累，增加副作用的风险。

为了克服这些挑战，研究人员正在探索其他递送系统，如细胞介导递送、外泌体（Extracellular Vesicles, EVs）和生物模拟物（Biomimetics）。细胞介导递送通过将modRNA引入细胞，再利用细胞的自然功能将其递送至目标组织，这种方法具有更高的生物相容性和更长的体内滞留时间。外泌体作为天然的递送载体，能够减少免疫反应并提高基因递送效率，但其异质性和较低的载货能力仍然是限制其临床应用的因素。生物模拟物结合了合成核心与细胞膜涂层，具有更高的稳定性和生物相容性，但其释放机制尚未完全明确。

### 未来展望

随着对modRNA研究的深入，其在心脏医学中的应用前景愈发广阔。通过优化modRNA的结构设计和递送系统，研究人员有望克服其在临床转化中的局限性。此外，结合其他RNA技术，如环状RNA（Circular RNA, circRNA）和自复制RNA（Self-amplifying RNA, saRNA），可以进一步提高modRNA的表达效率和持久性，使其更适合治疗慢性疾病。未来，modRNA有望成为心脏再生和遗传性心脏疾病治疗的重要工具，为HF患者带来新的希望。

总之，modRNA作为一种新兴的基因治疗工具，凭借其独特的结构和功能特性，在心脏再生和遗传性心脏疾病治疗中展现出巨大的潜力。尽管仍面临一些挑战，但随着技术的不断进步和研究的深入，modRNA有望成为未来心脏医学的重要组成部分，为患者提供更安全、更有效的治疗方案。