Circ Res 武汉大学王丽团队揭示重塑胞外基质提高心肌细胞重编程的新机制

心肌梗死后，心脏成纤维细胞异常激活并大量分泌细胞外基质(extracellular matrix, ECM)，形成致密的纤维化瘢痕，严重限制心肌再生并最终导致心力衰竭。近年来，心肌细胞直接重编程技术通过将内源性成纤维细胞诱导为诱导型心肌细胞(induced cardiomyocytes, iCMs)，为缺血性心脏病的再生治疗提供了全新思路。然而，重编程效率和成熟度始终受限于局部胞外基质微环境的“刚性屏障”，其动态调控机制尚不清楚，成为制约该技术进一步发展的关键瓶颈。

2026年1月15日，武汉大学中南医院医学研究院王丽教授课题组在Circulation Research在线发表题为“Grhl3 Downregulation Facilitates ECM Adaptation for Fibroblast to iCM Commitment”的重要研究成果。该研究系统描绘了心肌细胞直接重编程过程中胞外基质组成与力学特性的动态重塑过程，揭示转录因子Grhl3通过调控成纤维细胞–基质互作，决定细胞是否能突破ECM屏障并进入稳定的心肌命运通路，为优化心脏重编程策略、提升心肌梗死后心脏修复效果提供了新的分子靶点和理论框架。

首先，研究团队借助多组学联合分析技术，深入解析心肌细胞重编程过程中细胞外基质组分的动态变化，发现整合素相关通路异常激活是阻碍重编程进程的关键因素。通过靶向筛选5个核心整合素相关基因，研究锁定Itga8是抑制诱导性心肌细胞(iCM)转化的核心屏障分子(图1)。

图1. 整合素分子Itga8抑制心肌细胞直接重编程

为进一步挖掘调控整合素分子的上游靶点，研究团队开展转录因子预测分析，证实转录因子Grhl3是调控包括Itga8在内的细胞外基质蛋白的关键分子。实验数据显示，敲低Grhl3不仅能显著促进小鼠重编程进程，还可使人源心脏成纤维细胞的转化效率提升约3倍，转化后的iCM肌节结构更完整、钙振荡更规律，且具备稳定收缩功能(图2)。

图2. 敲低转录因子Grhl3提高iCM转化效率

进一步的实验证明，在小鼠及人源iCM中，敲低Grhl3/GRHL3均能抑制Itga8/ITGA8的表达。ChIP-qPCR及免疫荧光实验表明，GRHL3可通过直接结合Itga8/ITGA8抑制重编程。既往研究表明，Itga8能激活TGF-β信号通路，而该通路是调控成纤维细胞活化、阻碍重编程的核心通路。本研究揭示，Grhl3-Itga8通路可通过激活TGF-β通路，构成抑制重编程的关键分子机制。此外，细胞实验显示，在小鼠与人源心脏成纤维细胞中敲低Grhl3/GRHL3，均能显著抑制细胞活化(图3)。

图3. Grhl3-Itga8轴通过TGF-β通路抑制重编程

转录组及蛋白质组学分析表明，敲低Grhl3可使iCM胞外基质相关基因的表达模式向心肌细胞发生转变。为探究细胞外基质微环境对重编程的影响，研究团队对对照组与shGRHL3感染组的人源心脏成纤维细胞进行脱细胞处理，将新鲜成纤维细胞接种于不同胞外基质上诱导重编程。结果显示，GRHL3缺失的人源成纤维细胞所分泌的细胞外基质(shGRHL3-ECM)可显著提升重编程效率，转化得到的人源iCM肌节排列更规整，间隙连接蛋白CX43表达增强，并具有收缩能力(图4)。

图4. GRHL3缺失的人源成纤维细胞所分泌的胞外基质促进重编程

在心肌梗死小鼠模型中，敲低Grhl3可显著减少心脏纤维化与瘢痕形成，有效改善心功能；同时，Grhl3缺失还能提升体内iCM转化效率，促进iCM成熟。当Grhl3敲低策略与体内重编程技术联合应用时，二者产生显著协同效应，进一步强化心脏损伤后的修复效果，为提升重编程技术的临床疗效提供了全新方案(图5)。

图5. 敲低Grhl3改善心梗小鼠心功能

综上，该研究清晰阐明了Grhl3作为调节细胞内外环境的关键屏障，通过Grhl3-Itga8-TGF-β通路抑制心肌细胞重编程的核心机制。Grhl3的缺失，既能推动成纤维细胞来源的细胞外基质向心肌细胞表型转变，又能抑制成纤维细胞活化、增强细胞的可塑性，从而高效促进iCM生成，且该机制在小鼠与人源细胞模型中均适用。这项研究的成果，为干预心肌细胞重编程提供了全新靶点，提示靶向抑制Grhl3有望成为优化iCM生成、提升心梗后心脏修复效果的有效策略，为心血管疾病再生治疗的临床转化迈出了关键一步。

武汉大学医学研究院王丽教授为本文通讯作者，医学研究院博士研究生武鑫、黄愿如及硕士研究生刘蓝冰为本文共同第一作者。本研究得到了武汉大学医学研究院共享仪器平台与实验动物中心的大力支持，并获得国家重点研发计划、国家自然科学基金以及湖北省自然科学基金等项目资助。作者团队同时感谢武汉大学周严教授、王杨淦教授、鲁志兵教授，浙江大学马宏教授以及北京大学赵扬教授在研究过程中给予的支持与帮助。

原文链接：

https://www.ahajournals.org/doi/10.1161/CIRCRESAHA.125.327726

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