Yap通过心肌细胞中非经典Wnt信号调节心脏再生

哺乳动物心脏的再生能力非常有限，所以在受损后，心肌细胞丢失并难以恢复。心脏成纤维细胞（cardiac fibroblast）对损伤进行应答，激活并分化为肌成纤维细胞（myofibroblasts）同时分泌胶原蛋白等细胞外基质形成疤痕组织对损伤进行修复，防止心脏进一步破损。但是，由肌成纤维细胞及胞外基质形成的疤痕组织并没有收缩能力，并且疤痕组织无法消除，长期导致心脏负担增加，引起心脏结构重构，引发更多的心肌细胞丢失，最终导致心力衰竭。所以，了解成纤维细胞的激活及分化过程，阻止疤痕组织的形成，对心脏组织再生有非常积极的作用。近期，德州心脏研究中心的James F. Martin教授团队在Circulation Research期刊发表题为 Yap Promotes Noncanonical Wnt Signals from Cardiomyocytes for Heart Regeneration 的文章，揭示了Yap在心脏再生中的重要作用。据悉，本文第一作者为德州心脏研究中心的研究员刘仕杰，James F. Martin教授为通讯作者。

之前的研究发现，在心肌细胞中敲除Hippo信号通路激活Yap后能够促进心脏再生【1-4】。该团队前期工作发现Yap除了能够激活心肌细胞增殖外，同时也能够促进疤痕区血管生成和抑制心脏疤痕组织形成【2】。由于只在心肌细胞中敲除Hippo，暗示了心肌细胞通过旁分泌信号来调节疤痕区血管和疤痕组织生成。

为此，作者通过ChIP-seq, nuclear-RNA-seq, 及ATAC-seq等手段检查了心肌细胞中的Yap下游基因5，发现Wnt信号通路的基因在Yap高表达的心肌细胞中被激活，其中包括Wntless (Wls)。Wls作为一个跨膜蛋白，介导了所有Wnt信号蛋白的加工及分泌6, 7。据此猜测Yap可能通过Wls介导的Wnt信号参与了心肌细胞与成纤维细胞之间的交流，促进心脏再生。

Wls的敲除会导致心肌细胞中的Wnt信号通路无法分泌。为了研究Wls是如何调节新生小鼠心脏再生，作者首先分析了心脏单细胞测序数据，发现非经典的Wnt信号蛋白如Wnt5a, Wnt5b等在心脏中高表达， 同时发现Wnt信号的受体分子在成纤维细胞中高表达，暗示心肌细胞通过非经典的Wnt信号通路与成纤维细胞进行交流。Wnt信号分子可与其受体结合，对受体进行磷酸化从而激活下游信号转导。进一步将Wls敲除小鼠的心肌细胞与非心肌细胞分离，作者发现经典的Wnt信号受体LRP6的表达及磷酸化在非心肌细胞中没有显著变化，而非经典的Wnt信号受体ROR1的表达及磷酸化水平在非心肌细胞中下降，表明心肌细胞Wls敲除后，非心肌细胞接收到的心肌细胞来源的非经典Wnt信号降低了。

新生小鼠心脏在损伤后能够再生，本研究中采用新生小鼠模型对Wls在心脏再生过程中的功能进行快速验证。首先使用了CRISPR/Cas9技术将Wls基因在新生小鼠心肌细胞中进行敲低（图1），同时对小鼠进行左前降支动脉结扎手术诱导心脏梗死性损伤。4周后，使用心脏超声对心脏功能进行检测。结果显示与对照组相比，Wls敲低的小鼠心脏功能恢复较差，表明其对新生小鼠心脏再生有重要的促进作用。

图1. 通过CRISPR/Cas9技术在心肌细胞中迅速敲除Wls基因

作者接下来用传统的Cre/LoxP系统构建了心肌特异性Wls敲除小鼠，进一步验证Wls在心脏再生中的重要作用。通过RNA测序，发现心肌细胞Wls敲除后，许多与心脏成纤维细胞激活及分化的基因在非心肌细胞中显著升高，同时对心脏组织学分析发现，成纤维细胞的增殖及胶原蛋白的分泌也增多，肌成纤维细胞的数量也上升了。表明心肌细胞能够通过非经典的Wnt信号通路抑制心脏成纤维细胞的激活及分化（图2）。

图2. Yap通过Wls介导心肌细胞中的非经典Wnt信号通路调节心脏成纤维细胞的激活及分化

总的来说，本研究首次揭示了Hippo信号通路与非经典的Wnt信号通路直接的联系，并证明了它们如何调节心肌细胞与成纤维细胞的交流，从而影响心脏损伤后成纤维细胞的分化。对未来治疗心肌梗死造成的心脏纤维化及疤痕形成有重要的启示。

原文链接：

https://www.ahajournals.org/doi/10.1161/CIRCRESAHA.121.318966

参考文献

1. Heallen T, Morikawa Y, Leach J, Tao G, Willerson JT, Johnson RL and Martin JF. Hippo signaling impedes adult heart regeneration. Development. 2013;140:4683-90.

2. Leach JP, Heallen T, Zhang M, Rahmani M, Morikawa Y, Hill MC, Segura A, Willerson JT and Martin JF. Hippo pathway deficiency reverses systolic heart failure after infarction. Nature. 2017;550:260-264.

3. Xin M, Kim Y, Sutherland LB, Murakami M, Qi X, McAnally J, Porrello ER, Mahmoud AI, Tan W, Shelton JM, Richardson JA, Sadek HA, Bassel-Duby R and Olson EN. Hippo pathway effector Yap promotes cardiac regeneration. Proc Natl Acad Sci U S A. 2013;110:13839-44.

4. Lin Z, von Gise A, Zhou P, Gu F, Ma Q, Jiang J, Yau AL, Buck JN, Gouin KA, van Gorp PR, Zhou B, Chen J, Seidman JG, Wang DZ and Pu WT. Cardiac-specific YAP activation improves cardiac function and survival in an experimental murine MI model. Circ Res. 2014;115:354-63.

5. Monroe TO, Hill MC, Morikawa Y, Leach JP, Heallen T, Cao S, Krijger PHL, de Laat W, Wehrens XHT, Rodney GG and Martin JF. YAP Partially Reprograms Chromatin Accessibility to Directly Induce Adult Cardiogenesis In Vivo. Dev Cell. 2019.

6. Banziger C, Soldini D, Schutt C, Zipperlen P, Hausmann G and Basler K. Wntless, a conserved membrane protein dedicated to the secretion of Wnt proteins from signaling cells. Cell. 2006;125:509-22.

7. Bartscherer K, Pelte N, Ingelfinger D and Boutros M. Secretion of Wnt ligands requires Evi, a conserved transmembrane protein. Cell. 2006;125:523-33.

注：本文来自BioArtMED微信公众号，更多生物领域前沿信息等你来发现!

转载须知

【非原创文章】本文著作权归文章作者所有，欢迎个人转发分享，未经允许禁止转载，作者拥有所有法定权利，违者必究。