专访篇：本期中国实验动物信息网特邀中山大学中山医学院、中山大学实验动物中心蔡卫斌教授为大家分享适度降低心率促进心脏再生为人类心血管疾病研究取得的重大进展，在这研究过程中基因修饰小鼠的重要作用，基因修饰小鼠在心血管疾病研究中的优势。

中国实验动物信息网：非常感谢蔡教授接受中国实验动物信息网的专访。近日，由您领衔的团队在Cell Reports上报道了“适度降低心率促进心脏再生”这一研究成果，引起科学界的广泛关注。请您分享一下，针对这一研究首先要掌握哪些关键性的基础科学问题？

蔡卫斌教授：心血管疾病依然是我国乃至全世界的重大公共卫生问题， 根据《中国心血管健康与疾病报告2019》 的数据，我国心血管病现患人数约3.3亿，心血管疾病死亡率仍居首位，占各类死因的45%左右。高血压、冠心病、风心病、心肌病、先心病等各种心血管疾病的末期均为心力衰竭。心力衰竭死亡率一直居高不下，预后甚至比恶性肿瘤差，5年生存率仅为34％，已成为老年患者住院的首要原因，其治疗困难是现阶段医学面临的重大挑战。人和哺乳动物心肌再生能力缺失和心脏受损后强烈的纤维化反应是心血管疾病和心力衰竭治疗面临的主要障碍，也是心血管基础研究面临的重大前沿科学问题。

人和哺乳动物心肌再生能力缺失和心脏受损后强烈的纤维化反应是心血管疾病治疗面临的瓶颈性问题，实现人类的心脏产生类似于斑马鱼、蝾螈等具有的完全再生能力是科学家们追求的梦想，哺乳动物心脏再生已成为当前生命科学和医学研究的热点。最近几年，哺乳动物心肌再生潜能被证实确实存在，但是在大多数时候这种能力依然十分有限或处于关闭状态，难以满足临床疾病治疗的需要。哺乳动物胚胎期心脏仍具备再生能力，出生后心肌细胞逐渐退出增殖周期。因此，在这个研究领域有一些重要科学问题需要解答：在发育过程中哺乳动物如何“关闭”心肌细胞再生能力？重启哺乳动物心脏再生之门的“钥匙”是什么？如果可以重启心脏再生，那么再生的哺乳动物心肌细胞是从哪里来的？对于这些科学问题的回答不仅能解释哺乳动物心脏发育与再生的基本生命现象，同时也能为心脏疾病的治疗探寻可行的方法和策略。

国内、外的科研团队在心脏再生领域取得突破性研究进展，动摇了“哺乳动物心肌细胞是终末分化细胞”的学术论断。在前期研究中，我们也报道了心外膜细胞在新生小鼠心脏再生中的细胞学贡献（Cell Reports, 2019）及斑马鱼心脏再生的分子机制，并从糖脂代谢的角度阐述心肌损伤修复的病理生理基础（Theranostics, 2020）。但是，与其他实验室一样，尚未能找到临床适用的、有效的诱导内源性心肌细胞增殖的可靠策略。

我们近期发表在Cell Reports上的研究成果从心肌细胞的持续节律性搏动、独特能量代谢、增殖能力弱三大生物学特性的内在联系着手，开创性探索通过适度降低心率重启内源性心肌细胞增殖能力，从新的视角解释哺乳动物心肌再生能力关闭或重新启动的基本生命科学问题，为心脏疾病治疗开拓适用、可行的新策略和方案。

中国实验动物信息网：据悉，此项研究在多种动物模型中得到了验证，除此之外，是否考虑基因修饰小鼠呢，基因修饰小鼠在心血管疾病研究中有哪些优势？

蔡卫斌教授：已有研究报道，新生乳鼠在7日龄前仍具备完全心脏再生能力，而斑马鱼终身都具备再生能力。对新生乳鼠及斑马鱼行心尖切除术，仍能实现心脏再生，因此被作为心脏再生研究中常见的动物模型。此项研究中，我们采用三种常见心脏再生动物模型（乳鼠心尖切除模型、成年小鼠急性心梗模型、成年斑马鱼心尖切除模型）加以验证。通过利用临床常规降心率药降低乳鼠、成鼠心率，证实适度降低心率可以促进小鼠心肌损伤后的再生性修复，并延长了乳鼠心脏再生的时间窗口；另一方面通过升高斑马鱼心率进行反向验证，结果显示升高心率抑制了斑马鱼的完全心脏再生能力。在研究中我们同时采用多种不同降心率药进行同步验证，旨在排除药物自身药理作用的影响。若能建立一种单纯心率调控的基因修饰小鼠，有利于我们进行更深入的机制研究。目前我们已经成功构建了控制窦房结节律的转基因小鼠，可为我们进一步阐明心率与心肌代谢之间的调控关系，心率与心肌增殖的关联提供更直接的证据。

目前基因修饰小鼠在多种心血管疾病研究中的应用都十分广泛。我们熟知的载脂蛋白（ApoE）及低密度脂蛋白受体（LDLR）基因敲除小鼠，可在如高脂饮食、血管内皮损伤等的刺激下发展成为与人类相似的动脉粥样硬化病变，目前课题组繁育出与上述脂蛋白相关的双基因敲除小鼠，应用于动脉粥样硬化、血管病变、心肌及肝脏脂毒性等发病机制研究并发表相关研究成果。此外，瘦素受体敲除（db/db）小鼠被用于肥胖和2型糖尿病的研究中，我们最新发表的研究成果利用db/db小鼠及STZ诱导的两种方式建立了2型糖尿病（T2DM）心肌损伤的两种分型，为T2DM心肌损伤的临床精准诊治提供依据和参考。

在心血管疾病研究中，基因修饰小鼠可实现基因层面的精准调控，一方面可规避小分子药物对未知作用靶点的影响，另一方面对我们寻找心血管疾病相关发病机制及治疗靶点的关键分子提供强有力的支撑。

中国实验动物信息网：通过基因修饰小鼠心脏再生模型，在再生心肌细胞来源追溯方面开展了哪些研究工作？得到了哪些验证结论？

蔡卫斌教授：随着谱系示踪技术的普及，研究者们可应用此技术探索发育过程中增殖心肌细胞的来源及心脏祖细胞的分化潜能，解答哺乳动物如何“关闭”心肌细胞再生能力这一关键科学问题。其中通过对心脏c-kit⁺细胞谱系示踪，否定了“心脏c-kit⁺细胞是心脏干细胞”的学术观点，证实c-kit⁺细胞不能分化成心肌细胞而是内皮细胞，产生了十分重要的学术影响。另一方面心外膜源性细胞（EPDCs）因其在哺乳动物心脏发育过程中具有向心系细胞多向分化的潜能，特别是在胚胎发育早期能分化为心肌细胞而在心脏发育及再生研究中备受关注。我们利用Tbx18^Cre小鼠和Tbx18^MerCreMer小鼠进行心外膜细胞的谱系追踪分析，系统观察了心脏创伤修复过程中EPDCs的转分化过程。尽管在胚胎期EPDCs可以转化为心肌细胞，但它在心脏创伤修复中分化为心肌细胞的潜能极低（Cell Reports, 2019）。未来，我们将进一步探讨胚胎期、新生小鼠及成年小鼠EPDCs差异，明确其分化潜能变化的分子基础，为重启心肌细胞增殖、实现心脏再生提供理论基础。

除此之外，由于心肌细胞出生后退出增殖周期，在细胞周期进程中保留了胞核分裂但胞质分裂能力丧失，使得成年心肌细胞多表现为双核或多核。常规的增殖标记物如EdU、Ki67、PH3、Aurora B等，仅能标记处于细胞周期进程的心肌细胞，不能作为心肌细胞成功实现胞质分裂完成细胞增殖进程的指标。基于谱系示踪技术建立的新型评价体系弥补了这一缺陷，双标记镶嵌分析系统（MADM）及随机多色标记系统（R26R-Confetti Reporter）可成功标记发生胞质分裂的心肌细胞，极大优化了针对心脏再生领域中心肌细胞增殖标记的一大技术瓶颈。

中国实验动物信息网：“适度降低心率促进心脏再生”研究成果给人类心血管疾病患者带来了福音，您认为后续在临床试验中需要进一步研究和证实哪些科学问题？从而加快心脏再生领域的研究和发展。

蔡卫斌教授：我们的研究结果揭示了临床常用抗心律失常/降心率药物（如美托洛尔、胺碘酮、普萘洛尔、伊伐布雷定等）改善心肌梗死及心衰预后的新机制，为临床提供了可应用的诱导心肌细胞增殖的方法。后续临床试验中，一方面可以在非干预情况下进行回溯性研究，进一步明确长期服用单种或多种降心率药物的患者在心肌损伤后的心功能恢复及生存率变化等；另一方面拟在基础研究层面寻找其他可应用的小分子药物及明确其分子机制，并进一步应用到临床前研究中，尝试与降心率药物联用达到级联效应，推动针对心肌细胞增殖的小分子治疗临床应用。

此外，课题组长期致力于研究心脏代谢在心肌再生及心血管疾病如糖尿病心肌病和肿瘤心肌病中的作用研究。此项研究也证实了心肌能量代谢与心肌细胞增殖的密切关系，为后续深入研究心肌细胞代谢调控与增殖提供理论支持。

再次感谢蔡教授接受中国实验动物信息网的专访。