安捷伦 Seahorse XFe96 分析仪助力华人学者 Li Xiang 在 Nature 发表心肌细胞能量代谢的重磅突破

2024-01-30 13:04:16, 安捷伦细胞分析安捷伦细胞分析事业部（BioTek）

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来自德国马克斯·普朗克心肺研究所主任 Thomas Braun 领导的团队首次在小鼠身上证实，心肌细胞能量代谢的改变能够使心脏再生。因此，小鼠的心脏功能可以在心脏病发作后得到很大程度的恢复。这一具有开创性意义的发现，可能为心肌梗死等心脏病带来全新的治疗方法。这一研究成果以：Inhibition of fatty acid oxidation enables heart regeneration in adult mice 为题，发表在2023 年 10 月 19 日的 Nature 期刊上。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-023-06585-5

在出生后不久，我们的心肌细胞（CMs）逐渐成熟，其特征是能量代谢的途径从糖酵解转向氧化代谢，经历脂肪酸氧化，染色质重组后离开细胞，导致线粒体稳态、细胞结构和电生理特性等方面的重大重编程。作为成熟周期的一部分，大多数心肌细胞在出生后不久就退出细胞周期，并经历肥大性增长，同时发生细胞与细胞及细胞与细胞外基质相互作用的变化。由于心肌细胞的高代谢活性，出生后的成熟过程及伴随的氧化 DNA 损伤，共同形成了一个天然的屏障，阻止心肌细胞的分裂。

论文第一作者 Xiang Li 和论文共同通讯作者华人研究员袁学军解释说，“众所周知，能够使心脏再生的动物物种主要使用糖分和糖酵解作为心肌细胞的燃料。人类心脏在发育初期也主要使用糖酵解，但随后会转用脂肪酸氧化，因为它能产生更多能量。随着出生后能量产生的转换，许多基因的活性发生了变化，细胞分裂活性也随之丧失。来自能量产生的代谢物对调节基因活性的酶的活性也有重要作用。因此，我们希望通过重编程能量代谢来引发基因活性的变化，从而重新开启心肌细胞分裂能力。”

在这项研究中，研究团队通过条件性敲除小鼠的 Cpt1b 基因，使该基因在小鼠心肌细胞中特异性失活，以消除心肌细胞中的脂肪酸氧化。他们进而在敲除了 Cpt1b 的小鼠中构建了缺血再灌注损伤模型，诱导小鼠的心脏病发作，并观察小鼠的恢复过程。通过研究发现，抑制心肌细胞中的脂肪酸氧化可提高细胞对缺氧的抵抗力，刺激心肌细胞增殖，从而促使经历缺血再灌注损伤后的心脏再生。随后的代谢研究揭示了在 Cpt1b 基因失活的心肌细胞中能量代谢的深刻变化，α- 酮戊二酸水品在 Cpt1b 基因失活的心肌细胞中增加了 20 倍。这种代谢物的大量积累导致赖氨酸去甲基化酶 KDM5 的活性显著增加。KDM5 是一种组蛋白去甲基化酶，激活的 KDM5 使得驱动心肌细胞成熟的基因中 H3K4me3 结构域去甲基化，恢复这些基因的活性和表达，降低其转录水平，并将心肌细胞转移到较不成熟的状态，从而促进增殖。

基于上述结果，研究团队得出结论，代谢成熟塑造了心肌细胞的表观遗传格局，为进一步的细胞分裂制造了障碍，而逆转这一过程可以修复受损的心脏。

Braun 的团队采用了 Agilent Seahorse XF 分析仪实时监测细胞耗氧量。Seahorse XF 是安捷伦针对实时检测细胞生物能量代谢不连续变化所提出的的细胞分析技术解决方案。细胞在呼吸作用中消耗氧气，并在糖酵解过程中分泌质子，这会引起细胞周围培养基中氧和游离质子的浓度迅速变化。通过实时测量活细胞的耗氧速率和细胞外酸化速率，可以了解正在进行的代谢过程。帮助研究人员了解驱动细胞信号转导、增殖、活化、毒性和生物合成的关键功能。

在实验过程中，研究人员首先分离成年心肌细胞，并以每孔 6,000 个细胞的密度接种于 96 孔板中，用于 Seahorse 测量 (Agilent Seahorse XFe96 分析仪)。将细胞附着在板上后，用 PBS 和 Seahorse base 培养基洗涤。耗氧量测量前 1 小时在培养基中加入能量底物，随后采用 Seahorse XF 线粒体压力测试试剂盒 (Agilent) 测定氧耗率，注射药物寡霉素 (2µM)、FCCP (2µM)、鱼藤酮和抗霉素 A (1µM)。

关于安捷伦细胞分析

安捷伦细胞分析平台包括xCELLigence RTCA实时细胞分析仪、Novocyte系列流式细胞仪、Seahorse能量代谢分析仪以及Synergy系列微孔板检测和Cytation 系列细胞微孔板成像。安捷伦细胞分析平台聚焦细胞基因治疗产品的开发全程，作为适配新一代疗法的强大分析工具，提供多方位的细胞效力检测和深度的细胞分析，并致力于研发、生产质控以及临床的全方位检测与分析。