心血管疾病，尤其是心肌梗死，是造成人類死亡的重大疾病。由于缺乏血液供應(yīng)，大量心肌細(xì)胞在心肌梗死后幾個(gè)小時(shí)內(nèi)會(huì)發(fā)生凋亡和壞死，且成年哺乳動(dòng)物心肌細(xì)胞再生能力差，心梗最終會(huì)造成心臟纖維化、心臟收縮功能喪失和心力衰竭。不同于成年哺乳動(dòng)物，成年斑馬魚心臟可以再生，但是成體心臟再生非常復(fù)雜，多種心臟細(xì)胞參與其中。其中內(nèi)皮細(xì)胞對(duì)于心臟再生過程中血管新生是必要的，研究發(fā)現(xiàn)內(nèi)皮細(xì)胞中FGF, RA, Notch等信號(hào)通路參與調(diào)控心臟再生。

2023年4月7日，北京大學(xué)未來技術(shù)學(xué)院熊敬維課題組在npj Regenerative Medicine雜志在線發(fā)表了題為“Endothelial Brg1 fine-tunes Notch signaling during zebrafish heart regeneration”的研究論文，該工作發(fā)現(xiàn)了內(nèi)皮細(xì)胞中Brg1可以通過與Kdm7aa相互作用，降低Notch受體基因啟動(dòng)子區(qū)域的H3K4me3水平，從而調(diào)節(jié)Notch信號(hào)和斑馬魚心臟再生，揭示了斑馬魚心臟再生中Brg1調(diào)控Notch信號(hào)的新機(jī)制。
 

該課題組前期研究發(fā)現(xiàn)，染色質(zhì)重構(gòu)復(fù)合物核心催化亞基Brg1（brahma-related gene 1, brg1或smarca4）對(duì)于斑馬魚心臟再生是必要的，且心肌細(xì)胞中的Brg1通過與DNA甲基轉(zhuǎn)移酶DNMT3ab（(cytosine-5)-methyltransferase 3 alpha b）相互作用調(diào)控細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶抑制劑cdkn1c（cyclin-dependent kinase inhibitor 1c）啟動(dòng)子區(qū)域的DNA甲基化水平，進(jìn)而調(diào)控斑馬魚心肌細(xì)胞增殖和再生[1]。其中，相比于心肌特異性抑制Brg1功能，全身性抑制Brg1功能會(huì)導(dǎo)致斑馬魚心臟再生過程中更嚴(yán)重的纖維化，該結(jié)果提示除心肌細(xì)胞以外，其他細(xì)胞類型中的Brg1可能在斑馬魚心臟再生中有重要功能。

在本項(xiàng)研究中，研究人員構(gòu)建了內(nèi)皮細(xì)胞中特異性過表達(dá)顯性負(fù)抑制Brg1基因的轉(zhuǎn)基因斑馬魚品系，對(duì)其進(jìn)行心尖切除手術(shù)后，發(fā)現(xiàn)抑制內(nèi)皮細(xì)胞Brg1功能導(dǎo)致心臟不能再生，傷口處疤痕殘留，并且心肌細(xì)胞增殖受到抑制。結(jié)合H3K4me3 ChIP-seq和內(nèi)皮細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)Brg1通過直接調(diào)控Notch受體基因啟動(dòng)子區(qū)域的H3K4me3水平，從而負(fù)調(diào)控Notch信號(hào)的激活。進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)內(nèi)皮細(xì)胞中過表達(dá) Notch 信號(hào)明顯降低心肌細(xì)胞增殖參數(shù)；而Notch siRNA 或者小分子抑制劑可以部分拯救Brg1突變體心臟中心肌細(xì)胞增殖參數(shù)。分子機(jī)制研究發(fā)現(xiàn)斑馬魚心臟損傷后kdm7aa的表達(dá)上調(diào)，Brg1可與Kdm7aa相互作用調(diào)節(jié)Notch受體基因啟動(dòng)子區(qū)域的H3K4me3水平，從而抑制Notch信號(hào)的過度激活以保證斑馬魚心臟的正常再生。
 

圖1 工作原理圖
 

北京大學(xué)未來技術(shù)學(xué)院分子醫(yī)學(xué)研究所博士后肖成路（已出站，現(xiàn)工作單位為中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物醫(yī)學(xué)院）和2017級(jí)博士生侯俊杰為文章共同第一作者，北京大學(xué)研究生鄭紀(jì)元（已畢業(yè)）和清華大學(xué)博士研究生宋亞冰參與部分研究工作。北京大學(xué)未來技術(shù)學(xué)院熊敬維教授，朱小君研究員和丁晚秋博士為共同通訊作者。本工作得到浙江工業(yè)大學(xué)王芳副研究員，西南大學(xué)羅凌飛教授和清華大學(xué)王建斌教授等的指導(dǎo)和合作。該研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金委項(xiàng)目和科技部發(fā)育編程及代謝調(diào)節(jié)專項(xiàng)的大力支持，肖成路得到博雅博士后項(xiàng)目以及生命科學(xué)聯(lián)合中心博士后基金的支持。