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昕瑞再生创始人赵扬研究组《Cell Stem Cell》论文解码心肌再生的细胞命运扰动图谱

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一、核心突破：140个基因的系统筛选，锁定心脏再生的“头号刹车”

Fig.2展示了140个候选基因的Perturb-seq筛选全景。瀑布图显示，Calr敲降在所有扰动中iCM富集倍数最高。热图清晰呈现Day 7和Day 14两个时间点，各扰动在不同细胞亚群中的分布模式——Calr-shRNA在iCM群中持续高富集，且从干扰素响应性成纤维细胞群中显著耗竭，表明其靶向特定病理环境中的抑制通路。

研究团队开发了一套适配心肌梗死复杂病理环境的Perturb-seq平台。该平台创新性地采用细胞移植策略，先在体外完成重编程因子与shRNA的精确递送，再将细胞移植至梗死心脏中启动重编程，解决了传统体内基因递送感染率低、脱靶效应和DNA双链断裂毒性三大难题。

基于这一平台，研究团队系统评估了140个潜在重编程障碍基因。通过shRNA分布与scRNA-seq轨迹的综合分析，Calr在所有候选基因中排名第一——其敲降在诱导心肌细胞（iCM）群中的富集倍数最高，且在Day 7和Day 14两个时间点持续有效。

更有意思的是，体外与体内筛选结果的相关性仅为r = -0.346，这意味着许多在培养皿中有效的因子，在真实的病理环境中完全失效。这一发现有力证明了：体内病理微环境存在培养皿无法模拟的独特障碍，必须在体内环境中才能真实评估候选因子。

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二、技术拆解：从筛选到验证的全链路打通

Fig.1完整展示了本研究的技术路线。研究团队将WGCNA网络分析筛选出的140个候选障碍基因，构建为280个shRNA载体阵列式感染MICF（心肌梗死来源成纤维细胞），与MGTMyoS重编程因子共转导后移植至MI小鼠心脏。通过FACS分选eGFP+细胞进行scRNA-seq，在单细胞分辨率下解析每个扰动对细胞命运转变的贡献。

1. 平台设计：精准、可控、高通量

研究团队对Perturb-seq载体系统进行了重新设计，用eGFP替代嘌呤霉素作为感染标记，使FACS分选效率大幅提升。采用阵列式（arrayed）感染策略，每个细胞只携带一个shRNA，95%以上的细胞被成功鉴定为单扰动携带者，确保因果关系推断的可靠性。

2. 轨迹解析：7种细胞状态全景描绘

scRNA-seq揭示了移植细胞在Day 7和Day 14的完整命运图谱，共鉴定出11种细胞类型和7个亚群。Day 14时，77.9%的细胞为Gsnhi成纤维细胞，iCM群显示出显著的心肌细胞特征——心脏结构、收缩功能、离子通道和细胞连接四项核心功能评分均为最高。

3. 验证体系：从分子到器官的多维确认

Calr敲降的效果在三个层面得到验证：

分子层面：Calr敲降使心脏功能基因表达提升3-32倍（小鼠），5-25倍（人源细胞）；

细胞层面：α-Actinin/cTnI双阳性iCM比例提升约14倍（体外），体内原位iCM转化率达12.6%（α-Actinin+）和16.5%（cTnI+）；

器官层面：tdMGT+shCalr组合使小鼠射血分数提升至33%（对照组仅24%），心室同步性显著改善。

4. 机制揭示：钙信号-CaMK-MEF2C轴

Calr是一种内质网钙结合蛋白。研究揭示，心肌梗死后Calr在成纤维细胞中异常高表达，导致胞内游离Ca2+浓度降低。Calr敲降使胞内Ca2+提升约1.5倍，激活钙调蛋白-CaMKIIδ-MEF2C信号轴，显著提升MEF2C转录活性。更令人惊喜的是，这一通路激活甚至可以替代外源MEF2C因子——仅用GT+shCalr即可实现心肌细胞重编程。

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三、产业价值：从基础研究到药物筛选的新范式

Fig.4展示了Calr敲降在体内的治疗效果。超声心动图显示，tdMGT+shCalr治疗组射血分数（EF）达33%，显著高于tdMGT+shNT组（24%）。Masson三色染色证实该组合显著减少心梗后纤维化面积，在第四心室层（LV4）纤维化比例从51%降至43%，证明Calr靶向不仅促进心肌再生，还抑制了病理性纤维化重塑。

赵扬团队这项研究将Perturb-seq系统筛选、分子机制解析与跨物种功能验证融为一体，不仅揭示了心肌梗死后心脏重编程的核心障碍因子Calr，更建立了体内基因功能筛选的方法学框架，为心脏再生医学从基础研究走向临床应用迈出了关键一步。

论文官方信息

> 论文标题：Perturb-seq uncovers pathological obstacles to direct cardiac reprogramming in vivo

> 发布平台：Cell Stem Cell

> 论文DOI：10.1016/j.stem.2026.03.006

> 免费全文链接 (50天有效):

https://authors.elsevier.com/a/1ms0u6tu0CxXGD

团队介绍

本研究的第一完成人赵扬研究员，系北京大学研究员、博士生导师，北大清华生命科学联合中心、天然药物及仿生药物全国重点实验室研究员。国家“万人”青拔和自然基金委优青，国家重点研发计划"合成生物学"重点专项首席科学家。

赵扬在细胞命运重编程及组织器官再生领域取得多项突破，以通讯（含共同）或第一作者（含共同）在Science、Cell、Cell Stem Cell、Circulation、Hepatology等顶级期刊发表论文30余篇，SCI总引用次数达7000余次（Google Scholar），相关成果曾获评“中国科学年度十大进展”、“中国高校年度十大科技进展”奖等。