肥厚型心肌病(hypertrophiccardiomyopathy,HCM)是一种常见的遗传性心脏病，主要由于编码心肌肌小节蛋白的基因突变导致。临床表现为心室肌肥厚，心室进行性缩小及心肌收缩功能异常。不同于肌小节蛋白突变引起的肥厚型心肌病，PRKAG2心脏综合征是由于编码AMPKγ2调节亚基基因突变导致的常染色体遗传病，临床特征包括心室预激、糖原累积、心肌肥厚及进行性传导系统异常，并且PRKAG2心脏综合征更容易引起进行性传导系统障碍，有猝死的风险，需植入起搏器或者心脏移植。为改善PRKAG2心脏综合征患者的预后，亟待阐述PRKAG2心脏综合征的发病机制并找到治疗的关键靶点。
??对于PRKAG2心脏综合征，编码AMPKγ2调节亚基的基因突变直接影响AMPK的活性，使心肌细胞壁糖原累积，导致心室预激，室性心律失常和心肌室肥厚相关的代谢性心脏疾病。AMPK是一个能够感受生物能量代谢的异源三聚体，包括一个α－催化亚基，β－调节亚基和γ－调节亚基，γ调节亚基又包括γ1，γ2和γ3三种亚型。在心肌细胞中主要以γ2型为主。AMPK在心肌细胞中扮演着极其重要的角色，AMPKγ亚基的Bateman结构域可以与AMP和ATP结合，AMP的结合可以激活AMPK的活性，反而ATP会抑制其活性。因此，AMPKγ亚基的Bateman结构域的位点突变可以改变其与AMP/ATP的结合能力，但是突变位点对AMPK活性的影响目前尚无定论。目前与PRKAG2心脏综合征的发生相关的突变主要包括1种移码突变和10种错义突变。研究显示PRKAG2－NI小鼠心肌细胞AMPK活性升高，糖原累积过度[17,18]，然而PRKAG2－RQ突变小鼠心肌虽然表现下降的AMPK活性，但是糖原累积同样显著增加,表现为心肌肥厚。同时，AMPK活性下降也会导致糖原累积异常。另有研究显示PRKAG2－RQ突变小鼠心肌单磷酸腺苷激活蛋白激酶(AMPK)活性在不同时期呈现动态变化。
??基于上述动物模型对PRKAG2心脏综合征的研究有效模拟了该疾病发生，初步阐述了AMPK活性相关的糖原累积对心脏功能的影响，但是由于动物与人之间存在种属差异，动物模型不能完全重现人类的各种疾病。人诱导多功能干细胞(Human-inducedpluripotentstemcells，hiPSCs)技术的出现不仅能够避免这些研究的劣势，而且iPSCs能够携带成体细胞来源的表观遗传记忆，并将疾病模型有效的应用到细胞培养水平，进行机制探讨。hiPSCs作为一种基因重编码细胞，表现胚胎干细胞相似的特性，具有自我更新及分化成心肌细胞的能力。过去10年对hiPSC重编程及分化方法的研究推进了hiPSC在心血管疾病中的应用，利用该项技术可以获得基因突变型hiPSC源性心肌细胞(hiPSC-CMs)，并进行疾病的发病机制研究，有效的药物筛选以及毒性检测。近几年的研究已经建立了相对成熟的心血管疾病hiPSCs模型，包括肥厚性心肌病，扩张型心肌病，长QT综合征，室性心动过速，心律失常性右室心肌病，家族性肺动脉高压等，这些hiPSCs疾病模型的建立为研究致病机制和靶向药物筛选提供了良好的平台。
??对于PRKAG2心脏综合征病人特异性的hiPSCs研究鲜有报道。我们收集了临床上表现PRKAG2心脏综合征并携带c.GA(RQ)杂合错义突变的两兄弟患者的皮肤成纤维细胞，并利用含有OCT4，SOX2，KLF4和cMYC四个关键多能基因的二代仙台病毒将其重编程为hiPSCs，成功构建成相同基因突变但临床表现不同的PRKAG2－RQ疾病特异性的hiPSCs细胞模型。并利用单层诱导法将hiPSCs成功诱导成了心肌细胞。在体外对分化的心肌细胞进行电生理药物反应发现不同来源iPSC－CMs异常的钙瞬变与兄弟俩的临床表型一致，PRKAG2－RQ突变通过影响心肌细胞钙离子调节紊乱干扰心肌细胞的电生理特征。进一步的研究显示PRKAG2－RQ心脏综合征患者的iPSC－CMs中AMPK活性显著增加，增加的AMPK活性进而导致心肌细胞中糖原过度累积。
??CRISPR－Cas9技术的发展不仅可以通过基因定点修饰构建iPSCs疾病模型，同时也可以通过纠正个体特异突变基因来研究该基因突变与疾病表型特征之间的因果关系。iPSCs的多个领域研究表明利用CRISPR－Cas9技术对iPSCs突变基因进行修饰可以改善其分化细胞的疾病表型。在PRKAG2－RQ心脏综合征患者iPSC－CMs的疾病模型构建及发病机制的研究中，为深入探讨特异性PRKAG2－RQ突变对病人来源iPSC－CMs的影响。我们利用CRISPR－Cas9技术对PRKAG2－RQ突变进行基因纠正，获得具有正常PRKAG2序列的hiPSCs,将其进行心肌方向分化获得纠正的iPSC－CMs，我们发现CRISPR－Cas9介导的基因组校正可以取消PRKAG2心脏综合征表型。细胞大小显著下降，糖原异常累积降低，AMPK活性也降低。
??我们当前的研究结果表明，特异性PRKAG2－RQ突变不影响hiPSCs多能性的维持及多向分化潜能，此外，PRKAG2－RQ疾病特异性的心肌细胞能够有效的在体外定向分化为心肌细胞，并且该突变不影响心肌细胞的分化效率。PRKAG2－RQ疾病特异性的心肌细胞在一定程度上与来源病人的疾病表型一致，这表明该细胞能够有效地模拟PRKAG2心脏综合征的疾病表型。利用CRISPR－Cas9技术对PRKAG2－RQ突变进行基因修正，研究结果初步阐明PRKAG2－RQ突变可能是通过上调AMPK的活性，引起心肌细胞糖原代谢紊乱，心肌细胞内糖原过度沉积，最终导致心肌肥大及传导系统疾病。以上研究充分阐述了PRKAG2疾病特异性hiPSCs来源的心肌细胞能够为PRKAG2心脏综合征的分子机制研究提供良好的细胞平台。
??重编程和心肌细胞定向分化技术的发展使构建疾病特异性的心肌细胞模型成为可能，为疾病机制的研究及个体化治疗提供了新的发展平台。不同于胚胎干细胞，我们可以忽略伦理问题利用hiPSCs获得我们需要的各种细胞类型，甚至是疾病特异性的hiPSCs。但是，hiPSCs定向分化来源的心肌细胞虽然能够有效的应用与疾病研究，由于细胞比较幼稚，无法完全反应人成体的心肌细胞的疾病状态，将hiPSCs分化成成熟心肌细胞的技术亟待改进。
专家简介
医院研究员，博导，国家杰出青年基金获得者。现任上海市心血管临床医学中心副主任。
中华医学会心血管病学分会青委副主任委员、美国心脏协会委员（FAHA）、欧洲心脏病学会委员（FESC）。Circulation等杂志编委。
主要从事心力衰竭的临床和基础研究，课题组发现了离子通道基因突变导致心力衰竭的新机制，拓展了传统观点；阐明了线粒体关键酶发挥心肌保护、延缓心衰进展的新机理，以及改善代谢微环境提高细胞移植疗效的新思路。研究成果获国家发明专利授权并完成临床转化。
以通讯或第一作者在Circulation,NatCommun等发表SCI论文50余篇。主持国家自然科学基金、国家“”子课题等10余项基金，是国家基金委创新群体主要成员。
获上海市科学技术奖一等奖等科技奖励5项，及全国优秀科技工作者等多项荣誉。
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