哺乳動物心臟的再生能力非常有限，所以在受損後，心肌細胞丟失並難以恢復。心臟成纖維細胞（cardiac fibroblast）對損傷進行應答，激活並分化為肌成纖維細胞（myofibroblasts）同時分泌膠原蛋白等細胞外基質形成疤痕組織對損傷進行修復，防止心臟進一步破損。但是，由肌成纖維細胞及胞外基質形成的疤痕組織並沒有收縮能力，並且疤痕組織無法消除，長期導致心臟負擔增加，引起心臟結構重構，引發更多的心肌細胞丟失，最終導致心力衰竭。所以，了解成纖維細胞的激活及分化過程，阻止疤痕組織的形成，對心臟組織再生有非常積極的作用。近期，德州心臟研究中心的James F. Martin教授團隊在Circulation Research期刊發表題為 Yap Promotes Noncanonical Wnt Signals from Cardiomyocytes for Heart Regeneration 的文章，揭示了Yap在心臟再生中的重要作用。據悉，本文第一作者為德州心臟研究中心的研究員劉仕傑，James F. Martin教授為通訊作者。
之前的研究發現，在心肌細胞中敲除Hippo信號通路激活Yap後能夠促進心臟再生【1-4】。該團隊前期工作發現Yap除了能夠激活心肌細胞增殖外，同時也能夠促進疤痕區血管生成和抑制心臟疤痕組織形成【2】。由於只在心肌細胞中敲除Hippo，暗示了心肌細胞通過旁分泌信號來調節疤痕區血管和疤痕組織生成。
為此，作者通過ChIP-seq, nuclear-RNA-seq, 及ATAC-seq等手段檢查了心肌細胞中的Yap下游基因5，發現Wnt信號通路的基因在Yap高表達的心肌細胞中被激活，其中包括Wntless(Wls)。Wls作為一個跨膜蛋白，介導了所有Wnt信號蛋白的加工及分泌6, 7。據此猜測Yap可能通過Wls介導的Wnt信號參與了心肌細胞與成纖維細胞之間的交流，促進心臟再生。
Wls的敲除會導致心肌細胞中的Wnt信號通路無法分泌。為了研究Wls是如何調節新生小鼠心臟再生，作者首先分析了心臟單細胞測序數據，發現非經典的Wnt信號蛋白如Wnt5a, Wnt5b等在心臟中高表達， 同時發現Wnt信號的受體分子在成纖維細胞中高表達，暗示心肌細胞通過非經典的Wnt信號通路與成纖維細胞進行交流。Wnt信號分子可與其受體結合，對受體進行磷酸化從而激活下游信號轉導。進一步將Wls敲除小鼠的心肌細胞與非心肌細胞分離，作者發現經典的Wnt信號受體LRP6的表達及磷酸化在非心肌細胞中沒有顯著變化，而非經典的Wnt信號受體ROR1的表達及磷酸化水平在非心肌細胞中下降，表明心肌細胞Wls敲除後，非心肌細胞接收到的心肌細胞來源的非經典Wnt信號降低了。
新生小鼠心臟在損傷後能夠再生，本研究中採用新生小鼠模型對Wls在心臟再生過程中的功能進行快速驗證。首先使用了CRISPR/Cas9技術將Wls基因在新生小鼠心肌細胞中進行敲低（圖1），同時對小鼠進行左前降支動脈結紮手術誘導心臟梗死性損傷。4周後，使用心臟超聲對心臟功能進行檢測。結果顯示與對照組相比，Wls敲低的小鼠心臟功能恢復較差，表明其對新生小鼠心臟再生有重要的促進作用。
圖1. 通過CRISPR/Cas9技術在心肌細胞中迅速敲除Wls基因
作者接下來用傳統的Cre/LoxP系統構建了心肌特異性Wls敲除小鼠，進一步驗證Wls在心臟再生中的重要作用。通過RNA測序，發現心肌細胞Wls敲除後，許多與心臟成纖維細胞激活及分化的基因在非心肌細胞中顯著升高，同時對心臟組織學分析發現，成纖維細胞的增殖及膠原蛋白的分泌也增多，肌成纖維細胞的數量也上升了。表明心肌細胞能夠通過非經典的Wnt信號通路抑制心臟成纖維細胞的激活及分化（圖2）。
圖2. Yap通過Wls介導心肌細胞中的非經典Wnt信號通路調節心臟成纖維細胞的激活及分化
總的來說，本研究首次揭示了Hippo信號通路與非經典的Wnt信號通路直接的聯繫，並證明了它們如何調節心肌細胞與成纖維細胞的交流，從而影響心臟損傷後成纖維細胞的分化。對未來治療心肌梗死造成的心臟纖維化及疤痕形成有重要的啟示。
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