FoxO3调控心肌再生：开启心脏修复的新希望

心脏受损后难以再生一直是医学难题。为探究哺乳动物心脏再生的调控机制，暨南大学研究人员开展了关于 FoxO3在小鼠心脏再生中作用的研究。结果发现，FoxO3缺失可促进心肌细胞增殖和心脏再生，这为心脏疾病治疗提供了新靶点和理论依据。

　　在医学领域，心脏疾病一直是威胁人类健康的重要因素。以往，人们普遍认为哺乳动物的心脏是终末分化器官，成年后受损便难以再生。尽管后来研究发现成年哺乳动物心脏存在有限的心肌细胞更新，但这远远不足以恢复心脏受损后的收缩功能。对于小鼠而言，大多数心肌细胞在出生后第一周就退出细胞周期，这使得成年小鼠心脏再生能力极为有限。不过，像斑马鱼和两栖动物等低等脊椎动物，它们的成年心脏在受伤后却有着强大的再生能力。同时，新生小鼠在出生后第一周内，心脏也具备一定的再生能力，可这种能力在出生后第 7 天就会显著下降。所以，探寻参与调控哺乳动物心脏再生能力的靶点，以及相关信号网络和分子机制，成为了科学界和临床医学界亟待解决的关键问题。

在这样的背景下，暨南大学的研究人员开展了一项关于 “FoxO₃ controls cardiomyocyte proliferation and heart regeneration by regulating Sfrp2 expression in postnatal mice” 的研究，该研究成果发表在《Nature Communications》上。

研究人员运用了多种关键技术方法来开展此项研究。在动物实验方面，构建了心肌细胞特异性敲除 FoxO₃的小鼠模型（CKO）和诱导型心肌细胞特异性敲除 FoxO₃的小鼠模型（iCKO），并通过对小鼠进行心尖切除手术和心肌梗死（MI）手术，模拟心脏损伤情况。在细胞实验方面，利用 RNA 测序（RNA-seq）分析基因表达变化；通过染色质免疫沉淀 - qPCR（ChIP-qPCR）检测蛋白与基因启动子的结合情况；运用双荧光素酶报告基因检测，评估转录因子与靶基因的相互作用。

研究结果如下：

1. FoxO₃的表达特征：FoxO₃主要在心肌细胞核中表达，且其表达水平随心脏生长从新生期到成年期逐渐增加。心脏受伤后，新生小鼠心脏中 FoxO₃的激活水平下降。
2. FoxO₃对心肌细胞增殖的影响：通过构建 CKO 小鼠模型发现，FoxO₃敲除可促进新生小鼠心肌细胞增殖，使心脏重量与胫骨长度的比值（HW/TL）增加，心肌细胞数量增多，单核心肌细胞增加，双核心肌细胞减少。在体外实验中，敲低 FoxO₃也能促进原代心肌细胞和 HL-1 心肌细胞的增殖。
3. FoxO₃对心脏功能的影响：在成年 CKO 小鼠中，发现心脏重量指数（HW/TL）和整体心脏大小增加，但心肌肥大标志物的表达无显著差异，心肌细胞尺寸变小。12 周龄的 CKO 小鼠心脏功能增强，表明 FoxO₃敲除促进了新生儿期心肌细胞的增殖，进而增加了成年期心肌细胞数量和心脏功能。
4. FoxO₃对心脏再生的影响：在再生阶段（p1 心尖切除）和非再生阶段（p8 心尖切除或 MI 损伤），FoxO₃敲除均能加速心脏再生，表现为心肌细胞增殖增加、瘢痕大小减小、心脏功能改善。在成年 iCKO 小鼠 MI 损伤模型中，也验证了 FoxO₃失活对心脏再生的促进作用。
5. FoxO₃调控的基因及信号通路：RNA-seq 分析发现，FoxO₃敲除影响了细胞周期相关基因的表达，降低了细胞周期负调控因子的表达。通过筛选，确定 Sfrp2 是 FoxO₃的下游靶基因之一。FoxO₃通过促进 Sfrp2 的表达，抑制经典 Wnt/β-catenin 信号通路的激活。在 FoxO₃敲除小鼠中，Sfrp2 过表达可抑制心肌细胞增殖和心脏再生，干扰内源性 Sfrp2 和 β-catenin 会减弱 CKO 小鼠的心肌细胞增殖。

研究结论和讨论部分指出，该研究首次明确了 FoxO₃在调节出生后小鼠心肌细胞增殖和心脏再生中的重要功能。FoxO₃通过促进 Sfrp2 的表达，抑制经典 Wnt/β-catenin 信号通路，从而负向调控心肌细胞增殖和心脏再生。这一发现为深入理解心脏损伤和修复的分子机制提供了新的视角，也为心脏疾病的治疗提供了潜在的新靶点，有望推动心脏再生医学的发展，为心脏疾病患者带来新的希望。