2024年9月25日，上海科技大学的张辉、同济大学的唐娟以及复旦大学的刘琛在《Circulation》（影响因子=355）期刊上在线发表了题为“Activation of Imprinted Gene PW1 Promotes Cardiac Fibrosis After Ischemic Injury”的研究论文。该研究发现印迹基因PW1的激活会促进缺血性损伤后心脏纤维化。南模生物为本研究提供了Pw1CreER-2A-eGFP和PDGFRa-CreER小鼠模型。
印记基因是一类特殊的基因，只表达来自父母某一方的等位基因，而另一方则不表达。其表达模式的调控机制主要包括DNA甲基化、组蛋白修饰和长链非编码RNA的作用等。近年来的研究表明，印记基因在多种生物过程，尤其是胚胎心脏发育和先天性心脏病的发生中扮演着重要角色。然而，印记基因在成年心脏损伤后的再生和修复过程中的作用研究相对较少。
心脏纤维化是以心肌细胞外基质（ECM）沉积过多为特征，是心脏病治疗的重要目标。PW1（父系表达基因3）作为一种通过父系等位基因表达的印记基因，对核苷酸合成的重要途径—从头嘌呤生物合成（DNPB）发挥着作用。然而，PW1及DNPB在心肌缺血时心肌成纤维细胞产生ECM中的具体作用尚不明确。
在正常成年小鼠中，Pw1仅表达父本等位基因。为评估Pw1的父本和母本等位基因表达情况，研究者构建了Pw1CreER-2A-eGFP（Pw1CreER）小鼠，并通过交配获得了多种组合的小鼠以进行后续观察。研究结果显示，在 Pw1pCreER/m+;R26-tdTomato小鼠的心房中，tdTomato的表达水平明显高于心室，而在Pw1p+/mCreER;R26-tdTomato小鼠中并未检测到tdTomato信号，表明Pw1在正常成年小鼠心脏中仅父本等位基因活跃。
在探讨通过结扎左前降支冠状动脉诱导的心肌梗死中Pw1等位基因的表达时，结果发现梗死区域的eGFP+细胞显著增加，说明父本Pw1等位基因在损伤部位被激活。进一步的免疫染色显示eGFP主要在梗死区域的PDGFRa+成纤维细胞中表达。同时，母本Pw1等位基因也在梗死区域被激活。
鉴于Pw1在损伤区域的上调表达，研究者探讨了其在心脏修复中的功能。多组小鼠的心脏功能评估显示，Pw1pCreER/m+（父本失活）和Pw1KO（同时失活父母等位基因）小鼠在心脏功能（射血分数、收缩末期容积等）上均有明显改善，而Pw1p+/mCreER小鼠未见改善。这表明父本等位基因在MI后心脏功能中具有主要作用。
研究者还对心脏进行天狼星红染色分析，结果显示与对照组相比，Pw1pCreER/m+和Pw1KO小鼠的替代和间质纤维化区域较小，且多种ECM基因的表达水平在Pw1KO小鼠中显著降低，这提示Pw1缺失有助于增强心肌梗死后的心脏功能与减少纤维化。
通过与PDGFRa-Cre小鼠交配生成的成纤维细胞特异性敲除Pw1的小鼠（Pdgfra-Cre;Pw1fl/fl）也证实了这一观点，与对照组相比，MI后Pdgfra-Cre;Pw1fl/fl小鼠的心功能明显改善，表明Pw1在PDGFRa+细胞中的缺失能够显著改善心脏功能并降低纤维化程度。
通过RNA-seq分析，发现Pw1的缺失导致成纤维细胞中多种ECM相关基因的表达降低。此外，PW1通过转录激活DNPB途径中的Pfas来调控ECM的生成，因此DNPB途径在激活的成纤维细胞中的功能至关重要。进一步的实验表明，Pfas的缺失限制了心脏纤维化的进程和改善了心脏功能。
总体而言，该研究揭示了心肌缺血如何降低Pw1基因印记的DNA甲基化，进而导致成纤维细胞中两个Pw1等位基因的激活。缺失Pw1能够减轻心肌纤维化并改善损伤后的心功能。这一发现不仅为我们理解心梗后的心脏纤维化机制提供了新视角，也为临床治疗缺血性心脏病奠定了潜在的靶点基础。
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