引言
新生儿哺乳动物心脏损伤后可通过心肌细胞增殖再生，但在出生后7天失去这种潜力。刺激成人心肌细胞重新进入细胞周期尚不清楚。
过程
柠檬酸循环，也被称为TCA循环，对细胞代谢至关重要，因为它将营养物质转化为能量和重要的生物合成代谢物。虽然TCA循环产物在支持癌细胞和干细胞的细胞活力和增殖方面的重要作用已被充分了解，但它们对CM增殖的影响仍不清楚。在出生后的高氧环境中，CM从糖酵解转化为脂肪酸氧化以产生能量，导致TCA循环的中间代谢物发生变化。这表明TCA代谢物参与了CM增殖的发生
由于代谢与增殖之间的紧密联系，作者利用最近发表的代谢组学数据分析了出生后第 0.5 天和出生后第 7 天小鼠心脏的 TCA 代谢物。α-KG 在下调的代谢物中排名第一，酶联免疫吸附试验（ELISA）证实了这一点。为了显示α-KG 在生理上的重要性，对 P7 小鼠腹腔注射α-KG。注射了α-KG 的小鼠离体 CM 中的α-KG 细胞裂解物水平升高得到证实。这揭示了α-KG在心脏再生和心肌细胞增殖中的潜在重要性。
图 1：α-KG在发育过程中诱导CM增殖。
继研究α-KG对发育中的心脏所起的作用外，作者随后探讨了α-酮戊二酸(α-KG)对成年心肌梗死小鼠心脏的影响。通过结扎小鼠的左前降支(LAD)来模拟心肌梗死，对小鼠进行了为期两周的α-KG腹腔注射。结果显示，α-KG注射显著提升了心脏功能，表明α-KG对心肌梗死后心脏的修复和再生具有潜在的促进作用。
为了更具体地确定α-KG在刺激CM增殖中的作用，而不是在心肌梗死后早期阶段的保护作用，作者在心肌梗死后7天开始，每天腹腔注射α-KG，持续2周（图3a）。结果显示，α-KG能改善心脏功能，减少疤痕，增加CMs增殖，并降低多倍体细胞数量（图3b-f）。这些数据表明，外源性补充α-KG通过诱导心肌细胞增殖来改善心肌梗死后的心功能。
通过体外实验证实α-KG对CMs的增殖作用。α-KG诱导离体P1和成年小鼠的CMs增殖，通过Ki67染色和延时显微镜成像（图4a-b），以浓度(0.1-10 mM)依赖的方式进行。
为了探索α-KG促进心脏肌肉细胞(CMs)增殖的潜在途径，科研人员对注射α-KG和对照组(PBS)的小鼠CMs进行了RNA测序。结果显示，α-KG处理后有2095个基因表达差异，其中397个下调，1698个上调（图5a）。基因功能分析表明，上调基因主要与细胞增殖相关，如细胞周期和有丝分裂（图5b）。细胞周期基因表达在α-KG处理后增加（图5c-d），体外实验也证实了这一点。此外，α-KG还降低了与CM成熟相关的基因表达（图5e-f），如Tnni3、Mylk2、Myh6和Cacna1g，这与α-KG抑制CM成熟的报道一致。
α-KG是KDM6酶家族成员的辅酶因子，KDM6酶包括KDM6A(UTX)，KDM6B (JMJD3)和KDM6C(UTY)。但KDM6C因其结构域催化活性位点的突变而不能实现H3K27me3去甲基化。因此，作者进一步研究了JMJD3和UTX在α-KG诱导的CM增殖和H3K27me3去甲基化中的作用。研究表明，通过siRNA沉默JMJD3能阻断α-KG促进的心脏肌肉细胞(CMs)增殖和H3K27me3去甲基化。
为了揭示导致成年小鼠内源性α-KG水平低于年轻小鼠的机制，作者利用已发表的P1、P4、P9和P23小鼠心脏的转录组测序和蛋白质组学数据筛选了α-KG产生相关途径。结果发现成年小鼠心脏中Ogdh的表达和活性随年龄增长而增加，这可能是成年小鼠α-KG水平低于年轻小鼠的原因。通过siRNA降低Ogdh表达可以增加α-KG含量，并促进心肌细胞的增殖（图8a）。使用腺相关病毒(AAV9)敲低Ogdh（α-KG脱氢酶）可以减少心肌梗死后的细胞凋亡，改善心功能并增加CMs的增殖。
总结
综上所述，该研究通过对新生和成年小鼠心脏中TCA代谢物的分析发现，相对于幼鼠心脏，α-酮戊二酸(α-KG)水平在成年小鼠心脏中下降的代谢物中排名第一。从机制上来说，α-酮戊二酸（α-KG）可减少心肌细胞周期基因启动子区H3K27me3的沉积，通过JMJD3-依赖的去甲基化促进心肌细胞增殖。该研究证实，补充α-KG可能是一种促进成人心脏再生的新方法。
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