心肌梗死等缺血性心臟病是全球主要致死原因之一。心肌梗死發生時，會導致心肌缺血和隨后快速、廣泛的心肌細胞死亡，由于成年心肌細胞增殖能力不足，梗死的心臟組織被纖維化瘢痕組織所取代，進而導致心力衰竭。因此，確定調節心肌細胞增殖的關鍵因素可以促進心臟再生新療法的發展。
2025年3月24日，中國醫學科學院阜外醫院聶宇教授團隊在Nature Communications（IF 14.7）上發表了題為“Foxk1 and Foxk2 promote cardiomyocyte proliferation and heart regeneration”的研究論文。研究證明了Foxk1和Foxk2是心肌細胞增殖和心臟再生的強效誘導劑，Foxk1和Foxk2通過增強細胞周期再進入和誘導代謝重編程的雙重作用促進了心肌細胞增殖，表明Foxk1和Foxk2是缺血性心臟病患者再生治療的有前景的靶點。
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基因信息
Foxk1 & Foxk2：叉頭盒蛋白家族成員
病毒產品
Ad-Foxk1、Ad-Foxk2、Ad-Ctrl
感染細胞
新生小鼠原代心肌細胞
MOI
100
Ad-Foxk1/Foxk2感染原代心肌細胞后免疫染色代表性圖像
01研究結果
1、Foxk1和Foxk2控制心肌細胞增殖
研究人員首先分析了Foxk1和Foxk2在小鼠心肌細胞不同發育階段的表達模式，發現在心臟發育過程中，Foxk1和Foxk2的表達水平逐漸降低，并通過WB和qRT-PCR實驗證實了這一點。為了揭示Foxk1和Foxk2是否參與心肌細胞增殖，研究人員利用siRNA在原代新生小鼠心肌細胞中單獨敲低Foxk1或Foxk2 ，發現心肌細胞增殖受到顯著抑制；使用腺病毒過表達Foxk1或Foxk2顯著增加了Ki67和pH3陽性心肌細胞的數量，證明了它們在促進心肌細胞增殖中的作用。研究人員進一步探討了共過表達Foxk1和Foxk2的協同作用，發現Foxk1和Fox k2對增強心肌細胞增殖沒有顯示出累加作用。這表明Foxk1和Foxk2通過保守機制調節心肌細胞增殖。
圖1. Foxk1和Foxk2促進心肌細胞增殖
2、Foxk1和Foxk2可以促進心臟再生
為了探索Foxk1或Foxk2在心臟再生中的作用，研究人員構建了心肌細胞特異性Foxk1或Foxk2敲除（cKO）小鼠。給予1天齡小鼠心肌梗死損傷，28天后檢測發現與同窩小鼠相比，Foxk1 cKO和Foxk2 cKO小鼠的梗死瘢痕和缺陷型心肌細胞面積明顯更大。進一步研究發現心肌細胞中Foxk1或Foxk2特異性缺失對新生小鼠心臟損傷后心臟功能的恢復有害。數據表明，Foxk1和Foxk2是心肌梗死后新生兒心臟再生和內源性心肌細胞增殖所必需的。接下來，研究人員評估了Foxk1和Foxk2對心臟損傷的治療潛力，在成年小鼠心梗模型中利用AAV9過表達Foxk1和Foxk2，發現Foxk1和Foxk2過表達均可顯著改善心臟功能，減少纖維化疤痕，并促進心肌細胞的增殖。這一結果表明，Foxk1和Foxk2不僅在新生小鼠心肌細胞增殖中發揮關鍵作用，在成年小鼠中同樣能夠有效促進心臟再生和心臟功能恢復。
圖2. Foxk1和Foxk2改善成年小鼠的心臟再生和修復
3、Foxk1和Foxk2通過激活CCNB1/CDK1復合物誘導心肌細胞增殖
為了揭示Foxk1和Foxk2誘導心臟缺血再灌注的機制，研究人員對用Ad-GFP、Ad-Foxk1或Ad-Foxk2處理48小時的原代新生心肌細胞進行了抗缺血再灌注（CUT&Tag）和RNA-seq處理。實驗發現心肌細胞過表達Foxk1和Foxk2可導致細胞周期基因表達的協同變化；并證實Foxk1和Foxk2能夠直接結合并激活細胞周期相關基因CCNB1和CDK1的表達，形成CCNB1/CDK1復合物，促進G2/M期轉換，繼而促進心肌細胞增殖。進一步探究發現Foxk1和Foxk2通過糖酵解增強驅動心肌細胞增殖，Foxk1和Foxk2通過上調HIF1α表達誘導心肌細胞糖酵解，增強心肌細胞的糖酵解和磷酸戊糖途徑進而增加葡萄糖的利用率，為心肌細胞增殖提供了必要的生物合成前體和能量來源。
圖3. Foxk1和Foxk2分別通過結合Ccnb1和Cdk1的啟動子區域誘導心肌細胞增殖
02結論
綜上所述，本研究發現Foxk1和Foxk2是驅動心肌細胞增殖和心臟再生的關鍵轉錄因子。這些因子通過上調CCNB1/CDK1復合物促進細胞周期進程，并通過HIF1α激活增強代謝重編程，從而發揮雙重促增殖作用。以上發現確立了Foxk1和Foxk2作為心臟修復的有前景的治療靶點，為心臟再生中細胞周期控制和代謝調節之間的相互作用提供了新的見解。