研究成果|诱导心肌细胞“一分为二” 小分子组合或圆心脏再生梦( 二 )

“过去的化学小分子文库比较有限，现在已相当完备。有的文库反映小分子的结构多样性，有的侧重于小分子的成药性。 ”熊敬维介绍，他们的目标小分子，不仅要能促进心肌细胞再生，还要有较好的成药性，即具有能进入临床Ⅰ期试验的ADME（吸收、分布、代谢和排泄）性质和安全性，以便于后期围绕这些小分子开展药物研发工作。
他们选择的成药性较好的化学小分子文库中含有1.1万个小分子，如果手动筛选，工作量非常大。为解决这个问题，研究团队利用雷晓光建立的一套高通量筛选系统进行筛选。为了“锁定”促使心肌细胞一分为二的小分子，研究团队采用了双荧光细胞周期报告系统FUCCI（标记有丝分裂S-G2-M期）和MADM（显示胞质分裂）， FUCCI报告系统很灵敏，符合条件的小分子会被迅速标记出来， MADM系统可进一步验证小分子促进细胞一分为二的效果。
“高通量筛选系统和敏感的报告系统提高了筛选效率，原来要3年才能做完的事，如今一年或半年就够了。 ”熊敬维表示。
最终，研究团队经过6轮筛选找到了13个候选小分子。 “但是，这13个小分子只能有效诱导心肌细胞进入细胞周期，不能诱导其发生一分为二的胞质分裂过程。后来，我们就想把候选的单个小分子进行组合后再验证其效果，但13个小分子组合数太多，我们的策略是首先验证两两组合的效果。 ”上述研究论文并列第一作者、北京大学博士生郑丽霞说。
郑丽霞介绍，基于两两组合的效果他们进一步结合数学模型预测促增殖效果最佳的小分子组合，并通过体内外实验验证发现由盐酸去氧肾上腺素、巴瑞克替尼、去氢骆驼蓬碱、VO-Ohpic trihydrate和AZD3965组成的小分子组合5SM ，可以成功诱导成年大小鼠的心肌细胞重新进入细胞周期并发生胞质分裂。
在完成体外实验后，还必须验证小分子组合5SM在体内的药效。郑丽霞介绍，因为体内与体外的给药方式、给药剂量和给药频率会有所差异，因此他们多次试验，调整给药方式，最终攻破了难题，证明了5SM在体内同样可以发挥作用。
研究人员发现， 5SM可显著改善成年大鼠心梗后的心脏功能，减少心脏纤维化面积，并可通过激活乳酸信号和mTOR通路，促进心肌细胞代谢由氧化磷酸化向糖酵解转换，最终诱导心肌细胞增殖和分裂。
心梗患者有望用上小分子组合化学药
这项研究成果首次在国际上发现促进心脏再生的小分子药物组合，揭示了心脏再生领域新的细胞和分子机制，并有望找到治疗心梗的候选小分子药物。
熊敬维表示：“有一个很重要的发现就是，我们找到的这些小分子并不通过目前主流认为的Yap通路和MAPK通路起作用，而是通过改变心肌细胞的代谢起作用，这和以前研究发现的心肌细胞再生机制不同。 ”
对于这项研究成果，中国医学科学院阜外医院心血管疾病国家重点实验室研究员聂宇评价道：“这项研究成果意义重大，这是国际上第一个通过化合物组合诱导心肌细胞原位增殖的研究成果。利用化合物促进心脏再生是大家所期待的一种方式，因为安全性更高。 ”
熊敬维表示，接下来，研究团队要进一步研究这些小分子发挥作用的机制，同时，基于这项理论成果研发出一些新技术，为开发治疗心梗的药物提供新思路和新策略，并开展临床药物研发工作。
“我们已经知道了这5个小分子中哪个发挥的作用最大，我们想再从另外的4个小分子中找一两个发挥辅助作用，并据此研发新的药物。如果在大鼠和猪实验中证明有药效，我们会推动开展临床试验，争取在两年内申请到国家药监局的相关批文。如果顺利的话，估计5—8年后，我们有望看到心梗患者在治疗中用上小分子组合化学药物。 ”熊敬维对此充满期待。