无创尿液细胞重编程为功能性心肌细胞：小分子鸡尾酒疗法在心脏再生医学中的突破

为解决心脏衰竭治疗中自体心肌细胞来源受限的难题，上海交通大学医学院附属第六人民医院团队开发了基于15种小分子化合物（15C）的无外源成分（xeno-free）重编程方案，成功将人尿液来源细胞（hUCs）转化为具有收缩功能的心肌样细胞（hCiCMs）。该研究通过单细胞测序证实hCiCMs与13周胚胎心肌细胞高度相似，并在小鼠和猪心肌梗死（MI）模型中显著改善心功能（EF提升15.08%），为心脏再生提供了安全、可扩展的个性化治疗方案。

　　

心脏作为人体永不停歇的"发动机"，其心肌细胞一旦因心肌梗死（Myocardial Infarction, MI）而坏死，将导致不可逆的心功能损伤。尽管细胞疗法为心脏修复带来希望，但传统方法面临三大困境：胚胎干细胞（ESCs）存在伦理争议，诱导多能干细胞（iPSCs）有致瘤风险，而直接重编程技术又受限于病毒载体的安全性和成纤维细胞取材的创伤性。更棘手的是，成熟心肌细胞几乎无法自我更新，而瘢痕组织的形成进一步加剧心脏功能恶化。

上海交通大学医学院附属第六人民医院的研究团队另辟蹊径，将目光投向人体"液态活检"样本——尿液。这项发表在《Communications Medicine》的研究，首次实现了人尿液来源细胞（human urine-derived cells, hUCs）向功能性心肌样细胞（hCiCMs）的化学重编程。通过优化包含PTC209（Bmi1抑制剂）在内的15种小分子化合物组合（15C），研究人员建立了无外源成分的培养体系，使重编程效率在30天达到15.08%，60天纯度高达96.67%。这些细胞不仅表达心肌特异性标志物（cTnT⁺、NKX2.5⁺），更展现出规律的钙瞬变（Ca²⁺ transients）和心室样动作电位（APD₉₀ 298±34 ms），其超微结构可见典型的Z带和丰富线粒体。

关键技术方法包括：1）从50 mL新鲜尿液中分离hUCs并进行CD44/SSEA4免疫鉴定；2）采用三阶段培养基（CRM4/5/CMM）配合15C化合物诱导；3）通过乳酸纯化策略富集心肌细胞；4）结合单细胞RNA测序（scRNA-seq）分析细胞亚群；5）在NOD-SCID小鼠和巴马猪MI模型中评估心功能（EF/FS）和纤维化程度。

研究结果揭示四大突破：

1. 化学重编程方案优化：通过100种小分子筛选，发现PTC209显著提升hUCs存活率（图1b），而葡萄糖剥夺培养基使心肌细胞纯度提升6.4倍（图1i）。透射电镜显示hCiCMs具有成熟肌节结构和能量工厂线粒体（图2b）。

2. 功能性验证：膜片钳记录到86.7%细胞呈现心室样动作电位（APA 98.7±9.2 mV），钙成像显示规则收缩（振幅ΔF/F₀ 1.83±0.21）（图2d-g）。

3. 单细胞图谱解析：scRNA-seq鉴定出6个心肌细胞亚群（CM1-CM6），其中CM4/6高表达细胞周期基因（CDK1/PLK1），而CM1/2富集肌节组装通路（图3c）。基因集评分显示CM1与13周胚胎左心室相似度最高（r=0.82）（图3e）。

4. 治疗效应验证：猪MI模型显示hCiCMs移植组射血分数（EF）提升24.6%，纤维化面积减少38.5%（图6e,g）。旁分泌检测证实VEGF分泌量随时间递增（p<0.01），促进血管新生（图S10b）。

这项研究的创新性体现在三方面：首先，非侵入性的细胞来源（hUCs）解决了自体移植的取材难题；其次，完全化学诱导方案避免了基因编辑风险；更重要的是，单细胞水平证实hCiCMs具有胚胎期增殖能力（23.47%细胞处于周期活性状态），为规模化生产奠定基础。尽管hCiCMs尚未达到成人心肌细胞成熟度，但其安全性和功能改善效果已在大型动物模型中得到验证，为临床转化提供了新思路。未来研究可进一步探索表观遗传调控机制，优化电生理耦联效率，推动个性化心脏修复时代的到来。