哺乳动物的器官，准确说是组成器官的细胞都具有一定程度的自我修复再生功能，但是心脏的心肌细胞自我修复再生功能较弱，因此心脏属于修复再生功能比较差的一个器官，也就容易引起器官衰竭。美国德克萨斯州的贝勒医学院研究人员在研究心肌细胞自我修复功能时，把目光聚焦在了细胞中的一个经典的信号通路——Hippo信号通路。Hippo信号通路最核心部分由一组保守的激酶构成，该信号通路被激活后能够抑制细胞的增殖分化。研究人员发现在心衰的心肌细胞中，Hippo信号通路活性被上调了，因此通过基因调控的方法消除Hippo信号通路中的关键元件，来抑制Hippo信号通路活性，从而能够达到逆转心力衰竭的目的。
我们先结合图片了解一下Hippo信号通路，当这个信号通路被激活时（上图左边部分），会引起激酶的级联反应，Mst激酶与磷酸化的Salvador（Sav）配体结合，引起Lats激酶磷酸化，再进一步诱导下游效应因子Yap和Taz的磷酸化，效应因子Yap和Taz是转录辅助因子，磷酸化后的Yap和Taz因子不能进入细胞核，也就无法参与后续的基因转录程序，而这些基因转录程序里包含了细胞增殖分化的靶基因，这个转录程序被抑制后，细胞的增殖分化得到了抑制，器官也就不再一直生长下去了。所以，反过来，这个Hippo信号通路活性较低时（上图右边部分），也就是被抑制时，下游转录辅助因子Yap和Taz进入细胞核，协同核内Tead家族转录因子参与基因转录过程，激活靶基因，这一过程在胎儿细胞中是普遍存在的，这样胎儿才能长大。心肌细胞的Yap-Tead靶基因包括多个细胞周期蛋白基因和促进边缘区心肌细胞中细胞骨架重塑和突起形成的基因，所以治疗心衰的一个思路是抑制心肌细胞中Hippo信号通路的活性，从而促进心肌细胞再生。
怎样通过基因疗法抑制Hippo信号通路活性呢？Mst激酶要与磷酸化的Sav配体结合才能诱导下游信号，而mRNA中携带的Sav编码能够被翻译合成Sav配体，它比编码一个激酶要简单，只是一个单Sav基因，因此研究人员的研究思路是通过敲除mRNA里的Sav基因，从而使细胞内不合成Sav配体，阻断下游信号通路磷酸化，进而抑制Hippo信号通路活性，使得Yap和Zat进入细胞核，参与基因转录，激活靶基因，从而促进心肌细胞再生。
贝勒医学院研究人员于2017年在nature上发表的“Hippo信号通路缺陷可以逆转发生梗死后的收缩性心力衰竭”文章中，用的是小鼠心脏模型。而2021年6月30日在nature子刊上发表的“基因疗法敲低Hippo信号诱导发生梗死后的猪心肌细胞再生”文章中，用的是猪的心脏模型。
在2017年的文章中，科研人员首先验证了在心肌梗死后的小鼠心脏模型中，由于心肌细胞不适当的应激反应，导致Hippo信号被上调了，该信号活性的增加意味着心肌细胞再生能力的减弱，也就导致了心力衰竭不容易逆转。
附上两篇文章的题目截图，可以看到两篇文章都有中国作者参与，第二篇文章更是第一作者，期刊也是含金量非常高，证明这项研究做的非常扎实，得到了顶级期刊的认可。
研究人员首先通过翻译核糖体亲和纯化（Translating Ribosome affinity Purification，TRAP）技术分离出了心肌细胞特定的mRNA。而后用腺相关病毒9（adeno associated virus 9，AAV9）作为载体，封装三个short hairpin RNA（shRNA），shRNA作为小干扰RNA（siRNA）靶向mRNA中的Sav基因。当这个被病毒封装的shRNA被注入到心肌细胞内，它会敲除mRNA中的Sav基因，导致Sav配体则不会被合成，从而抑制了Hippo信号通路，而后Yap和Zat进入细胞核配合转录因子家族Tead激活相应靶基因，这些基因的上调使得细胞增殖分化，细胞骨架重塑，从而使心肌细胞再生，逆转心力衰竭。
从2017年文章的实验结果上来看，小鼠建立心肌梗死模型后，左心室射血分数下降到36%±11%，3周后，注射AAV9封装的shRNA消除Sav基因，之后每两周做超声心动图检查，在心肌梗死模型确立九周后，左心室射血分数恢复到了59%±13%，图像结果显示心脏疤痕边缘血管增加，细胞纤维化减少。Hippo信号被抑制后，心肌细胞增殖基因和应激基因增加了表达，从而使得心肌细胞再生，逆转了心力衰竭。
只有小鼠的模型还不够，科研人员认为猪的心脏模型和人的更接近，需要进一步在猪的心脏模型上继续研究基因疗法的有效性。从2021年文章的试验结果来看，在猪的心肌梗死模型建立两周后，出现了左心室收缩功能障碍，科研人员直接在心脏边界区域心肌细胞注射AAV9封装的靶向Sav的shRNA（AAV9-sav-shRNA，见上图），在注射后三个月，高剂量组显示左心室射血分数有14.3%的改善，疤痕尺寸减小，毛细血管密度增加，预示了心肌细胞的修复和再生，数据显示该疗法具有良好的耐受性且不会导致死亡，AAV9载体的目标器官不只心脏，还有肺和肝脏，实验结果显示，在观察期内，没有发现肺部和肝脏有肿瘤发生。这些试验结果表明基因疗法能够使心脏组织再生，心脏功能修复，是潜在的心力衰竭革命性疗法。
总结
心力衰竭的基因疗法和JK07最终的目的是一致的，都是通过细胞增殖分化，使得心肌细胞再生，改善心脏功能，逆转心力衰竭。从最底层DNA剪接技术，到细胞核内的DNA转录合成RNA，再到细胞质中的核糖体对mRNA的翻译，在这些过程中进行基因调控，都属于基因疗法。贝勒医学院研究人员通过AAV载体技术将一小段干扰RNA注入心肌细胞，敲低心肌细胞mRNA中的Sav基因，从而在细胞内去除掉Sav配体，而Sav配体是Hippo信号通路的关键元件，它的缺失导致Hippo信号通路被抑制，从而使下游的Yap和Zat辅助转录因子进入细胞核，使得细胞增殖基因、细胞应激基因得到表达，从而使组织再生，功能修复。
从试验结果来看，AAV9-sav-shRNA和JK07有效性差不多，都是对心肌细胞的直接修复。但是依从性上，基因疗法需要直接注射在心脏边界区域心肌细胞上，这种注射方式肯定没有静脉注射方便。再一个他们的安全性问题，目前来说，AAV载体递送技术在众多基因载体技术中是最安全的一种，病毒类载体技术主要包括AAV和慢病毒（LV）两种技术。AAV9-sav-shRNA和JK07两种疗法，安全性最重要的不是胃肠道反应、头晕、皮肤过敏等常见不良反应，而是两种疗法都导向了细胞分裂再生，这在理论上是有致癌性的，它们与治疗癌症的思路是完全相反的，癌症治疗里是如何杀死细胞。凭FDA对慢病用药安全性的超高要求，这才是这两种疗法最需要关注的安全性问题。还有就是临床上来说，AAV9-sav-shRNA现在最多算是完成了临床前研究，和JK07相比，应该在2-3年差距。不过从FDA对心衰治疗药物的迫不及待态度来看，可能也会加快它的临床申请？
记得有球友分享过，信立泰管理层曾经表态说，时刻关注在心血管领域全球的研发进展，那么在基因治疗领域，公司应该也是在密切关注了，即使目前在基因治疗领域公司不具备技术储备和人才储备，也可以和这些前沿科研人员合作。说不定已经有大药厂或者生物技术公司有意和他们合作了，本文的通讯作者是这个项目的负责人James F. Martin教授（jfmartin@bcm.edu）。基因&细胞疗法大幕已经迅猛拉开，很多big pharma以及初创biotech公司都在积极布局基因&细胞疗法，进入这个赛道。在有临床价值的领域，只要疾病的机理机制上允许，基因&细胞疗法一定会进入，希望公司在前沿科技领域能够跟上时代脚步（美国信立泰在这方面似乎是有布局的？是准备切入进去的？）。
参考文献
1.Leach JP, Heallen T, Zhang M, Rahmani M, Morikawa Y, Hill MC, Segura A, Willerson JT, Martin JF. Hippo pathway deficiency reverses systolic heart failure after infarction. Nature. 2017 Oct 12;550(7675)
2.Liu S, Li K, Wagner Florencio L, Tang L, Heallen TR, Leach JP, Wang Y, Grisanti F, Willerson JT, Perin EC, Zhang S, Martin JF. Gene therapy knockdown of Hippo signaling induces cardiomyocyte renewal in pigs after myocardial infarction. Sci Transl Med. 2021 Jun 30
3.贝勒医学院官网新闻Novel gene therapy for heart failure closer to the clinic | BCM