撰文
十一月
心脏成纤维细胞以及间充质前体细胞相对于其他的心脏间质细胞群体来说，会表达更多的HIF-1α（Hypoxia-induciblefactor1α）因子，并且表现出糖酵解代谢通量的增加。HIF-1α属于bHLH-PAS(basic-helix-loop-helix-Per-Arnt-Sim)家族的转录因子，在缺氧条件下HIF-1α亚基稳定，转位到细胞核，异源二聚化后激活下游的基因途径，从而减少细胞耗氧量、减少活性氧（Reactiveoxygenspecies，ROS），恢复心肌细胞群中的供氧。
关于HIF-1α的研究一直集中在心肌细胞中，但是其在心脏成纤维细胞中的功能还不甚清楚。为了揭开这一问题的答案，年11月10日，澳大利亚张任谦心脏研究所RichardP.Harvey研究组与VaibhaoJanbandhu（第一作者）合作发文题为Hif-1asuppressesROS-inducedproliferationofcardiacfibroblastsfollowingmyocardialinfarction，发现HIF-1α通过调节ROS为心脏成纤维细胞提供了“刹车机制”，可以防止在心肌梗死等情况心脏功能恢复过程中成纤维细胞的扩张所导致的心脏纤维化现象。
首先，作者们对未损伤的小鼠心脏中的成纤维细胞细胞（S+P+细胞）进行低氧状态下的分析，发现S+P+细胞中具有表现出糖酵解通路而非线粒体氧化磷酸化通路的代谢谱。为了确认S+P+细胞的低氧状态，作者们对已经发表的体外纯化心脏成纤维细胞的scRNA-seq结果与H1F-1靶向的基因进行比对，发现MEIS1是Hif-1a表达的正向调控因子，其转录本在心脏成纤维细胞中也存在明显的上调。随后作者们想对S+P+细胞中的线粒体质量（Mitochondrialmass）进行分析。作者们与其他研究曾经建立起了心脏克隆形成单位成纤维细胞系cCFU-Fs（Cardiaccolony-formingunits-fibroblasts），并对其中的线粒体质量进行分析，发现线粒体质量可以分为低水平、中等水平与高水平。其中低水平的Mitolow细胞的长时期增殖能力等类似于S+P+细胞。因此，作者们发现S+P+细胞在代谢上是不均匀的，间充质祖细胞维持较低的线粒体质量和较低的蛋白质生物合成活性。为了评估cCFU-Fs细胞系在体外的低氧状态，作者们进行了替拉扎明（Tirapazamine）敏感性的处理，替拉扎明是一种对低氧状态的细胞具有毒害作用的药物。替拉扎明可以选择性的减少cCFU-Fs细胞的存活，说明了这些细胞处于低氧状态。
进一步地，为了探究心脏成纤维细胞中HIF-1α在心脏稳态与疾病中的作用，作者们构建了各心脏成纤维细胞条件性敲除小鼠。该品系小鼠Hif-1afl/+;PdgfraMCM/+中Hif-1a表达出现了显著地降低，同时该小鼠与同窝小鼠相比同样健康、可育。与野生型小鼠相比，条件性敲除小鼠心脏中的细胞类群、心脏成纤维细胞的长时程增殖能力也没有显著的变化。
但是在心肌梗死（Myocardialinfarction,MI）小鼠模型中，成纤维细胞中Hif-1a的缺失会造成成纤维细胞的增殖。进一步地，作者们对对照组以及心肌梗死小鼠心脏成纤维细胞进行了scRNA-seq，发现处于细胞周期中的成纤维细胞数量显著增加。另外，通过qRT-PCR对心室组分的分析，作者们发现胞外基质相关组分、重塑蛋白酶、纤维化介质等因子在条件性敲除的心脏中出现了显著上升，说明心脏中纤维化反应提高。因此，Hif-1a的缺失会通过增加心脏成纤维细胞的数目加剧心肌梗死后心脏的纤维化。这种纤维化的现象在体外培养的3D工程化心脏微组织中也被同样证明。
那么Hif-1a在心肌梗死后的促进心脏成纤维细胞增殖的具体机制是什么呢？为了揭开这一问题的答案，作者们通过qRT-PCR对HIF-1的靶标基因进行了检测。在应对缺氧时，Hif-1a通过确保有效利用可用氧和能量底物来调节代谢，同时最大限度地减少线粒体氧化应激。但作者们发现虽然心肌梗死后心肌成纤维细胞中糖酵解通量升高，但是这些基因没有出现明显的差别。考虑到HIF-1α是通过靶向的氧化还原稳态相关的基因从而降低线粒体中ROS的，所以作者们猜测ROS是否是告知干细胞/祖细胞进行增殖的“发令枪”信号。通过ROS染料染色，作者们确认条件性敲除的心脏成纤维细胞线粒体中ROS显著增加。先前的研究表明，ROS可以激活PI3K/AKT/mTOR以及MAPK信号通路，通过对条件性敲除的心脏成纤维细胞的分析，作者们发现ROS增加与AKT以及ERK1/2信号通路会在其增殖能力发挥关键作用。
图1工作模型
总的来说，该工作发现心脏成纤维细胞中的HIF-1α后会通过调节线粒体中的ROS影响AKT/MAPK信号通路的表达，从而阻碍心脏成纤维细胞的增殖，确保在心肌梗死情况下成纤维细胞不会过度增殖导致纤维化，作为关键的“刹车”机制确保心脏的安全，为心脏的安全防护提供了新的药物靶点和治疗方向（图1）。
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