◆ 一句话读懂

成年斑马鱼能靠心肌细胞增殖把心脏完整修好，但代价是——这些再生中的心肌细胞其实一直在承受 DNA 复制压力，而复制压力正是哺乳动物衰老后再生能力衰退的元凶之一。这项工作证明：BMP 信号是帮细胞扛过复制压力的关键开关，它通过重启停滞的复制叉，让细胞安全熬过S 期。

◆ 核心要点

1. 再生中的斑马鱼心肌细胞会出现γH2a.x 阳性，且以全核型分布为主，是复制压力的可靠读出（而非单纯的 DNA 损伤）。

2. 复制压力是再生所特有的现象：加快生长、提高增殖速率、抑制 mTOR 都只改变 CM 数量，并不额外诱发复制压力；衰老也不加重它。

3. 抑制 DNA 损伤应答通路（ATR 为主、ATM 协同）会直接阻断心肌细胞有丝分裂和形态学再生。

4. BMP 信号通过 Smad1/5/9 在心肌细胞细胞自主地缓解复制压力；Bmp7a 是其中不可替代的配体。

5. 该机制跨物种保守：新生小鼠心肌细胞、人原代成纤维细胞、U2OS 细胞系、人造血干/祖细胞（HSPCs）均被 BMP 挽救。分子层面，DNA 纤维实验显示 BMP 提升了复制叉重启效率。

摘要

与哺乳动物不同，成年斑马鱼可通过心肌细胞（CM）增殖实现完全的心脏再生。出人意料的是，我们发现再生中的心肌细胞会经历 DNA 复制压力——而复制压力正是哺乳动物衰老过程中组织再生能力下降的原因之一。对 ATM 和 ATR 激酶进行药理学抑制揭示，DNA 损伤应答信号对斑马鱼心脏再生是必需的。

借助转基因与突变体操控骨形态发生蛋白（BMP）-Smad 信号，我们发现 BMP 信号可缓解心肌细胞的复制压力。BMP 信号还能挽救新生小鼠心肌细胞、人成纤维细胞以及人造血干细胞与祖细胞（HSPCs）免受复制压力。DNA 纤维铺展实验进一步表明，BMP 信号通过促进复制压力诱导的复制叉停滞之后的重新启动，使 DNA 复制得以恢复。

我们的研究鉴定出，「具备克服复制压力的能力」是成年斑马鱼心脏再生能力超强的关键因素，并揭示 BMP 信号在促进「无压力 DNA 复制」方面具有跨物种的保守作用。

一、引言：为什么哺乳动物心脏修不好？

心肌梗死是导致死亡的主要原因之一，因为人类心脏与大多数成年哺乳动物一样，缺乏替换损伤心肌细胞的能力。相比之下，成年斑马鱼等少数高再生能力的动物，可以通过创缘区残存的成熟心肌细胞去分化与增殖来修复心脏损伤。

斑马鱼的心脏再生极为高效且完全：即便冷冻损伤杀死了心室中1/3 的心肌细胞，损伤前的细胞数量也能在30 天内完全恢复。已有大量信号通路被证实能促进斑马鱼心肌细胞去分化与增殖。我们此前的工作显示，BMP 信号是心肌细胞去分化与增殖所必需的，但在生理性心脏生长中却并非必需——这提示 BMP 信号主要作用于再生特异性的细胞过程。

背景在于，复制压力与其他形式的 DNA 损伤，被认为是老年哺乳动物组织更新与修复能力衰退的主要原因。当 DNA 复制叉因 DNA 链断裂等未修复病灶、与转录机器发生碰撞、或核苷酸供应不足而减速或停滞时，细胞便处于复制压力之下。复制压力可由癌基因施加的高增殖需求引发，也常见于被要求修复组织的衰老干细胞。虽然细胞拥有多种机制来绕过或耐受复制障碍，但未解决的复制压力会导致组织更新与修复减少、干细胞功能衰退、细胞衰老与凋亡。

本研究首次发现：斑马鱼再生中的心肌细胞同样在经历复制压力；而BMP 信号正是帮助心肌细胞化解这种压力的关键因子，且该功能在哺乳动物细胞中依然保守。这提示，"高效再生能力"并非来自免疫免除，而来自高效克服复制压力的本领。

二、结果

1. 斑马鱼心脏再生过程中，心肌细胞变为 γH2a.x 阳性

为寻找心脏再生的机制，我们分析了斑马鱼心脏的转录组，注意到与DNA 修复相关的基因特征在损伤后第7 天（7 dpi）显著富集——而7 dpi 正是心肌细胞增殖的峰值（图 1A）。qRT-PCR 证实，多条 DNA 损伤应答通路相关基因在冷冻损伤心室中于 7 dpi 上调（图 1B）。单细胞测序数据进一步显示，部分上调基因在创缘区心肌细胞中的表达明显高于远端心肌细胞（图 1C）。

我们随后用组蛋白变体 H2a.x 的磷酸化形式（γH2a.x，一种公认的组织 DNA 损伤标志物）抗体检测创缘区心肌细胞是否真的发生了 DNA 损伤。Western blot 显示，去除创面以富集心肌细胞后，心室组织中 γH2a.x 水平在 7 dpi 升高（图 1D）。免疫荧光进一步显示，7 dpi 时创缘150 µm 范围内有相当比例的心肌细胞呈γH2a.x 阳性（图 1E）。

图 1 | DNA 损伤特征在再生中的斑马鱼心肌细胞（CMs）中被诱导。A 基因集富集图，显示心室切除损伤后 7 dpi 的斑马鱼心脏中，与 GO 术语「DNA 修复」相关的转录本显著富集。倍数变化由 DESeq2 采用 Wald 检验计算。B qRT-PCR 证实，冷冻损伤后 7 dpi 心室中 DNA 损伤应答基因相较假手术组上调。nE（生物学重复）= 3，nA（动物）= 每重复 4尾。图中数字为 p 值。HR，同源重组；NHEJ，非同源末端连接；BER，碱基切除修复。C 点图展示 7 dpi 时边界区与远端 CM 簇中（B）上调基因的单细胞 RNA 测序表达数据。源数据见 GSE130940。D Western blot 显示 7 dpi 创缘区组织中 γH2a.x 水平高于未损伤心脏。nE = 3，nA = 每重复 10 尾。E myl7:GFP 转基因心脏冷冻切片的免疫荧光显示，7 dpi 时距创缘 150 µm 以内的 GFP+ CM 中出现 γH2a.x 蓄积。白框为放大区域。nE = 1；未损伤、3 dpi、7 dpi 组 nA = 5；14 dpi 组 nA = 7；30 dpi 与 60 dpi 组 nA = 6；所有时间点共分析 nC（CM 数）= 38200。比例尺，100 µm。F γH2a.x+ 创缘 CM 的比例与cycling CM 的比例高度吻合。（E）中γH2a.x+ CM 比例叠加了文献 7 发表的 PCNA+ cycling CM 数据。样本量同 E。G 7 dpi 时，γH2a.x+ CM 集中于靠近创缘处。nE = 1，nA = 6，nC 共计 16400。H 过氧化氢处理离体心脏可诱导 DNA 氧化，但 8-OHdG ELISA 检测显示 7 dpi 时未损伤心脏与再生心脏之间无差异。nE = 2，nA = 每组 7尾。B–H 双尾 Student t 检验；（E、F）普通单因素方差分析 + Bonferroni 校正；（G）普通单因素方差分析 + Dunn 多重比较检验。数据以均值表示，误差线为 95% 置信区间。源数据见源数据文件。部分元素使用 BioRender 创建。

γH2a.x 阳性的时间曲线与处于细胞周期中的心肌细胞比例曲线几乎完全重合，二者均在 7 dpi 达到峰值，至 30 dpi 回落至基线（图 1F）；且 γH2a.x+ 细胞数量随距创缘距离增加而减少（图 1G），与已报道的 cycling CM 分布相似。此外，在心尖切除造成损伤的再生心脏中同样观察到γH2a.x+ 心肌细胞。这表明：再生心脏中的心肌细胞确实经历了 DNA 损伤，且该现象与损伤类型无关，不太可能由创伤本身直接造成。

在小鼠中，出生后氧张力普遍升高会引起 DNA 损伤并限制心肌细胞增殖，因此我们猜测氧化应激可能在其中扮演角色。ELISA 检测 8-羟基-2'-脱氧鸟苷（8-OHdG）后发现：过氧化物处理离体心脏确能诱导 DNA 氧化，但单纯冷冻损伤并未使 8-OHdG 水平升高（图 1H）。因此，氧化性 DNA 损伤不太可能是 γH2a.x 阳性的原因。

2. 心肌细胞在再生中（而非生理性生长中）经历复制压力

γH2a.x 在时间与空间上的分布特征提示：那些进入细胞周期的创缘区心肌细胞遭遇了 DNA 损伤。为验证这一点，我们通过连续注射 EdU 标记 cycling 的心肌细胞，并在 7 dpi 同时检测 γH2a.x 与 EdU（图 2A）。结果显示，约 55% 的 EdU+ 心肌细胞同时呈γH2a.x 阳性；反过来，81% 的 γH2a.x+ 心肌细胞是EdU 阳性的。这说明γH2a.x+ 基本局限于近期处于或仍在细胞周期中的心肌细胞——即心肌细胞因在再生过程中进入细胞周期而承受了复制压力。

那么生理性心脏生长时是否也会如此？我们对幼鱼（30 dpf，标准体长 16 mm）未损伤心脏施加 8 小时 EdU 脉冲染色，发现仅 0.62% 的心肌细胞呈 γH2a.x+；而用羟基脲（HU）——一种通过耗竭核苷酸从而诱发复制压力的药物——处理，则确实诱导了 γH2a.x+ 蓄积。EdU 与 γH2a.x 双染显示，cycling 心肌细胞中 γH2a.x 蓄积极为罕见（仅 2.3%），但 HU 处理可将其大幅提升（图 2B）。在成年冷冻损伤心脏中，HU 同样增加了 γH2a.x+ 心肌细胞比例，同时降低了心肌细胞的细胞周期活动。

图 2 | 心肌细胞复制压力是再生所特有的特征，而非生理性生长或衰老所致。A myl7:GFP 转基因心脏中γH2a.x 与 GFP 的免疫荧光联合 EdU 检测，7 dpi。cycling 的 CM 通过 4 至 6 dpi 每日注射 EdU 标记。nE = 1，nA = 6，nC = 7170。比例尺，10 µm。箭头指示 EdU+ γH2a.x+ 的 CM 细胞核。B 未处理的未损伤幼鱼（30 dpf）中，cycling 的 CM（将鱼浸入EdU 8 小时标记）并非 γH2a.x+，而羟基脲（HU）处理可诱导 γH2a.x+ 蓄积。黄框为放大区域。nE = 1，nA = 每处理 6尾，nC = 4560（未处理）、3660（HU）。比例尺，50 µm。C 7 dpi 时创缘区多数 γH2a.x+ CM 呈全核型分布（上图），而非离散斑点状（下图）。nE = 1，nA = 6，nC = 6450。比例尺，10 µm。D Western blot 显示 7 dpi 时创缘区 p-Rpa32（S33）水平升高。nE = 3，nA = 每重复 10尾。E 用 CDK4/6 抑制剂 PD-0332991 处理冷冻损伤鱼 1 天，即可降低 7 dpi 时有丝分裂pH3+ 创缘 CM 的比例。诺考达唑（nocodazole）处理用于阻断胞质分裂，从而增加可被检出的 pH3+ 细胞。nE = 1，nA = 5（未处理）、6（处理），nC = 10114（未处理）、11826（处理）。比例尺，10 µm。F PD-0332991 处理降低 7 dpi 时 γH2a.x+ 创缘 CM 的比例。nE = 1，nA = 每处理 6，nC = 2352（未处理）、2688（处理）。G 在未损伤幼鱼（30 dpf，16 mm SSL）中，刺激生长条件提高了 PCNA+ CM 比例，却未伴随 γH2a.x+ CM 比例升高。nE = 2（PCNA）、1（γH2a.x），nA = 8（限制生长 RG，PCNA）、8（刺激生长 SG，PCNA）、8（RG，γH2a.x）、7（SG，γH2a.x）。nC = 83980（RG）、95600（SG）。H 7 dpi 时创缘区 γH2a.x+ CM 的比例不随鱼的年龄增长而升高。nE = 1（42 天）、2（6 个月）、2（2 年）；nA = 6（42 天未损伤）、8（42 天，7 dpi）、13（6 个月未损伤）、14（6 个月，7 dpi）、11（2 年未损伤）、12（2 年，7 dpi）；nC = 31700（所有条件合计）。A–H 数据以均值表示，误差线为 95% 置信区间。双尾 Student t 检验。源数据见源数据文件。部分元素使用 BioRender 创建。

γH2a.x 的核内定位模式还能提示 DNA 损伤的类型：主要造成双链断裂的电离辐射，使成年再生心脏的心肌细胞中 γH2a.x 呈现离散斑点状蓄积；而 HU 则造成全核型染色。关键在于，未受扰动的再生心脏中，84% 的 γH2a.x+ 心肌细胞呈全核型分布——这是复制压力的典型特征。与此同时，单链 DNA 结合蛋白复合体成员磷酸化 Rpa32（p-Rpa32, S33）（公认的复制压力特异读出）在 7 dpi 心室组织中大幅升高（图 2D）。

► 关键结论：创缘区心肌细胞确实承受复制压力；γH2a.x 在此充当可靠的复制压力读出，而不只是笼统的「DNA 损伤」信号。

如果心脏再生会诱发复制压力，那么γH2a.x+ 比例就应当对「增减再生性细胞周期需求」的干预敏感。注射一次维生素D 类似物 骨化三醇（calcidiol）（已知可增强心脏再生）后，7 dpi 时有丝分裂 pH3+ 创缘 CM 比例增加，γH2a.x+ CM 比例也呈上升趋势。而用雷帕霉素抑制 mTOR 信号（该信号是再生中心肌细胞周期所必需的通路之一），则同时降低了 cycling CM 与 γH2a.x+ CM 的比例；饥饿处理结果类似。进一步地，直接用CDK4/6 抑制剂 PD-0332991 阻断细胞周期进程，仅 1 天治疗就足以显著减少 7 dpi 时有丝分裂 pH3+ 与 γH2a.x+ 心肌细胞的数量（图 2E、F）。

在幼鱼中，心脏生长速率（即生理性 CM cycling）可通过改变养殖密度来调节。令人好奇的是，将幼鱼（42 dpf，11–16 mm SSL）从限制生长转为刺激生长条件，确实提高了 cycling CM 比例，却没有引起γH2a.x+ 蓄积（图 2G）；而一旦幼鱼心脏受损，其心肌细胞中γH2a.x+ 随即出现（图 2H）。

◈ 小结：把「增殖」与「复制压力」区分开

凡是提高心肌细胞 cycling 速率的干预（维生素 D、限制 mTOR、抑制 CDK4/6）都会同步改变 γH2a.x 水平；而单纯加快生理性生长则不会。因此，心肌细胞的复制压力是由「再生需求」而非「增殖速率本身」所触发。

3. 复制压力并非源于 DNA 病灶累积或与转录的冲突

复制压力可能由多种分子原因造成。一种可能是：再生中的心肌细胞对「S 期前既已存在的 DNA 病灶阻挡复制叉」格外敏感。若如此，随着鱼龄增长、病灶累积，损伤心脏中 γH2a.x+ CM 比例应当上升。然而我们观察到，从幼年（42 天）、成年早中期（6 个月）到衰老期（2 年），γH2a.x+ CM 比例并无升高（图 2H）。这表明复制压力并非由既有 DNA 病灶阻挡复制叉所致。

复制叉与 RNA 转录碰撞是复制压力的另一来源。但针对活性、延伸中的磷酸化 RNA 聚合酶 II 的免疫染色显示，创缘区心肌细胞的整体转录水平低于心室其他区域，这使得「增殖中心肌细胞遭遇转录—复制冲突增加」不太可能成立。

4. DNA 损伤信号对心脏再生是必需的

我们接着追问：承受复制压力的心肌细胞是否会进入衰老或凋亡？7 dpi 时，衰老标志物β-半乳糖苷酶在创伤区域有所升高，但按位置判断来自心外膜细胞而非心肌细胞（图 S5B），与既往关于再生斑马鱼和新生小鼠心脏的报道一致。而HU 处理 7 天并不足以在 7 dpi 诱导心肌细胞衰老。在未受扰动的再生心脏中，创缘区仅0.27% 的心肌细胞发生凋亡（以 Caspase3 积累检测），而电离辐射确实能诱导心肌细胞凋亡（图 3A）。这表明斑马鱼心肌细胞能够最终克服这种压力并继续增殖。

既然如此，感知复制压力的 DNA 损伤通路是否就是再生所必需？我们首先测试 ATM 与 ATR 激酶抑制剂（两者分别介导细胞对 DNA 损伤与复制压力的应答）在斑马鱼中是否有效。结果显示 KU55933（ATM 抑制剂）与 VE821（ATR 抑制剂）均无毒性，不影响胚胎发育；但ATR 抑制剂使胚胎在 HU 剂量下出现坏死，而 ATM 抑制剂则加重了低剂量电离辐射的影响——说明这两种抑制剂确实阻断了斑马鱼细胞响应复制压力与 DNA 损伤、启动修复通路的能力。

图 3 | DNA 损伤修复对斑马鱼心肌细胞再生是必需的。A 7 dpi 时创缘区仅能检出极少量caspase-3+ 凋亡 CM，而 γ-电离辐射可诱导 CM 凋亡。箭头指示单个凋亡 CM 中核周的 caspase-3+ 区域。nE = 1，nA = 6（未照射）、5（γ 照射），nC = 3930（未照射）、5950（照射）。B 用 ATR 抑制剂 VE821 处理冷冻损伤鱼 24 小时，降低 myl7:H2b-GFP 转基因心脏中 7 dpi 时pH3+ 创缘 CM 的比例。nE = 1，nA = 每条件 7，nC = 18400（DMSO）、21100（ATRi）。C ATR 抑制剂 VE821 与 ATM 抑制剂 KU55933 联合处理 24 小时，进一步降低创缘 CM 的有丝分裂。nE = 2，nA = 每处理 9，nC = 16720（DMSO）、15610（ATRi + ATMi）。D 自 1 dpi 至 21 dpi 对冷冻损伤鱼进行联合间歇处理（用 2 天、停1 天）VE821 与 KU55933，导致相较 DMSO 组创面吸收减少。创面大小（虚线）由 myl7:GFP 转基因中缺乏 GFP 表达的面积界定。nE = 1，nA = 5（3 dpi）、8（21 dpi DMSO）、7（21 dpi ATRi + ATMi）。比例尺，250 µm。A–D 数据以均值表示，误差线为 95% 置信区间。双尾 Student t 检验。源数据见源数据文件。部分元素使用 BioRender 创建。

学界普遍认为复制压力主要由ATR 激活 感知。出人意料的是，仅用 ATR 抑制剂 VE821 处理斑马鱼 24 小时，就足以降低再生心脏中 7 dpi 时的心肌细胞有丝分裂（图 3B）。而已知 ATM 与 ATR 通路之间存在串扰、可协同促进复制压力应答；果然，ATM 与 ATR 抑制剂联用比单用 ATR 抑制剂更强地抑制心肌细胞有丝分裂（图 3C）。联用还损害了形态学心脏再生——3 至 21 dpi 间创面收缩量减少（图 3D）。

► 关键结论：DNA 损伤修复通路的激活（以 ATR 为主、ATM 协同贡献）是再生性心肌细胞增殖与心脏形态学再生的必要条件。换言之，细胞必须「感知」复制压力，才能跨过 S 期这道坎。

5. BMP 信号缓解心肌细胞复制压力

上述结果提示，化解复制压力对高效再生至关重要。于是我们提出问题：斑马鱼心脏促再生信号环境中，是否有特定成分是通过作用于复制压力来促进再生的？合理的候选是那些调控「再生性」而非「生理性」心肌细胞增殖的通路。我们此前已证明，BMP 信号在再生中被激活于创缘区心肌细胞（生理性生长中则不然），且对再生性心肌细胞增殖必不可少。因此我们着手检验 BMP 信号是否调节复制压力。

利用热激诱导型转基因hsp70l:nog3，我们过表达分泌型抑制剂noggin3（nog3）——它干扰 BMP 配体与其受体结合，同时阻断 Smad 依赖与非经典（非Smad）BMP 信号（图 4A）。与热激野生型鱼相比，nog3 过表达使 7 dpi 时 γH2a.x+ 心肌细胞比例显著升高；而 BMP 配体 bmp2b 的过表达（hsp70l:bmp2b）则非常有效地减少了γH2a.x+ 心肌细胞数量（图 4B）。尤其值得注意的是，仅一次诱导性 bmp2b 过表达脉冲，就足以在 6 小时内显著减少 γH2a.x+ 心肌细胞数量（图 4C）——说明 BMP 信号可直接作用于正在承受复制压力的 cycling 心肌细胞。

图 4 | BMP 信号在斑马鱼心脏再生过程中缓解心肌细胞复制压力。A BMP 信号示意图。通过转基因热激诱导过表达 BMP 配体 2、4 或 7，可激活 Smad 介导与「非经典」信号通路（功能获得，GOF）；而过表达分泌型抑制剂 Noggin3（Nog3）则抑制上述通路（功能丧失，LOF）。B 自 1 至 7 dpi 每日热激过表达 noggin3 造成的 BMP-LOF，相对热激野生型同窝鱼提高了 7 dpi 时 γH2a.x+ CM 的比例；而通过 bmp2b 过表达实现的 BMP-GOF 则强烈降低该比例。借助与 myl7:GFP 的双转基因鉴定 CM，「野生型」指不携带 BMP 修饰转基因的个体。nE = 3，nA = 24（hsp70l:nog3 的野生型同窝鱼）、23（hsp70l:nog3）、11（hsp70l:bmp2b 的野生型同窝鱼）、12（hsp70l:bmp2b）；所有组共nC = 41460。比例尺，50 µm。C 在 7 dpi 时对 hsp70l:bmp2b 转基因鱼进行单次热激，6 小时内 BMP-GOF 即足以降低 γH2a.x+ CM 比例。nE = 2，nA = 12（wt）、11（hsp70l:bmp2b），nC = 4872（wt）、6470（hsp70l:bmp2b）。D bmp7b 过表达降低 γH2a.x+ CM 比例。nE = 1，nA = 每组 7，nC = 4900（wt）、3500（hsp70l:bmp7b;myl7:GFP）。E bmp7a −/− 突变鱼在 7 dpi 时 γH2a.x+ CM 比例较野生型同窝鱼升高。nE = 2，nA = 每组 13，nC = 7800（wt）、7600（bmp7a −/−）。F 采用 hsp70l:nog3 的 BMP-LOF 会加重外源性 HU 诱导的边界区 CM 复制压力；而采用 hsp70l:bmp2b 的 BMP-GOF 则使 CM 从 HU 诱导的 γH2a.x 蓄积中被拯救出来。nE = 1（wt vs hsp70l:nog3）、2（wt vs hsp70l:bmp2b），nA = 6（hsp70l:nog3 的野生型同窝鱼）、5（hsp70l:nog3）、13（hsp70l:bmp2b 的野生型同窝鱼）、14（hsp70l:bmp2b）；所有组共 nC = 47860 个 CM。B–F 数据以均值表示，误差线为 95% 置信区间。双尾 Student t 检验。源数据见源数据文件。部分元素使用 BioRender 创建。

在许多情境中，Bmp2 或 Bmp4 与 Bmp7 形成的异源二聚体是最强效的配体，这提示 Bmp7 是其中冗余度最低者。实验证实，过表达bmp7b 或bmp4 同样足以降低γH2a.x+ 心肌细胞比例（图 4D）。此外，bmp7a（斑马鱼两个 bmp7 旁系同源基因之一）纯合突变鱼在 7 dpi 时 γH2a.x+ 心肌细胞比例升高（图 4E），同时 p-Smad1/5/9 水平下降，而突变鱼与野生型心脏之间并无形态学差异。这说明内源性 BMP 信号是再生过程中化解心肌细胞复制压力所必需的，且 Bmp7a 在该过程中扮演不可替代的配体角色。

我们还追问 BMP 信号能否化解额外人为施加的复制压力。答案同样是肯定的：在 HU 处理的鱼中，nog3 过表达进一步提高了 γH2a.x+ 心肌细胞比例，而 bmp2b 过表达则显著降低之（图 4F）。

6. BMP 通过 Smad 蛋白抑制复制压力

BMP 配体可激活 Smad 依赖与 Smad 非依赖（非经典）通路（图 5A）。由于已有报道指出 BMP 激活通路会影响哺乳动物心肌细胞对心脏损伤的应答，我们便构建了在热激后表达抑制性 Smad6b 与核番茄红蛋白（nT）的转基因品系（hsp70l:nT-p2a-smad6b）。单次热激后，成年心肌细胞中的转基因表达呈嵌合（mosaic）状态，使我们得以将 nT+ 与 nT− 心肌细胞相互对照。以磷酸化 Smad1/5/9 的核内积累为读出，可见 7 dpi 时热激后 6 小时内 nT+ 心肌细胞中的 Smad 信号被抑制（图 5B）。

耐人寻味的是，nT+ 心肌细胞呈 γH2a.x 阳性的频率是野生型或 nT− 心肌细胞的 3 倍（图 5C）。这说明 BMP/Smad 信号必须在心肌细胞内部（细胞自主）发挥作用，才能化解复制压力。为检验过表达的 BMP 配体在此过程中是否仅通过 Smad 通路起效，我们分析了 hsp70l:bmp2b 与 hsp70l:nT-p2a-smad6b 的双转基因鱼。如预期，bmp2b 过表达使 p-Smad1/5/9+ 心肌细胞比例升高，smad6b 使其降低，而在双转基因鱼中 p-Smad1/5/9+ 比例回落至与野生型相当的水平（图 S8A）。这使我们得以回答：共表达 smad6b 能否抵消 bmp2b 过表达对 γH2a.x 的效应？答案是完全抵消——仅表达 bmp2b 的鱼 γH2a.x+ 心肌细胞大幅减少，而这一效应被 smad6b 的共表达彻底废除（图 5D）。

图 5 | BMP 介导的复制压力缓解依赖 Smad 信号。A 示意图：通过过表达抑制性smad6b 特异性抑制经典 BMP-Smad 通路。B 核番茄红蛋白（nT，白箭头）免疫荧光显示，7 dpi 时单次热激后 6 小时，hsp70l:nT-p2a-smad6b 转基因呈嵌合式表达。p-Smad1/5/9 免疫染色显示 BMP-Smad 信号在 nT+ CM（由肌钙蛋白染色鉴定）中被抑制，而转基因心脏中的 nT− CM 呈p-Smad1/5/9+ 的概率与热激野生型鱼的 CM 相当。nE = 2，nA = 11（wt）、13（hsp70l:nT-p2a-smad6b），nC = 6400（wt）、4540（nT+）、2950（nT−）。比例尺，100 µm。C 取材前 6 小时单次热激，采用 hsp70l:nT-p2a-smad6b 的 BMP-Smad LOF 使 nT+ CM 中 γH2a.x 蓄积增加（相较野生型或 nT− CM）。nE = 2，nA = 11（wt）、13（hsp70l:nT-p2a-smad6b），nC = 5800（wt）、2600（nT+）、2780（nT−）。D Smad6 共表达阻断了 BMP2b GOF 缓解 CM 复制压力的能力：在 hsp70l:nT-p2a-smad6b; hsp70l:bmp2b 双转基因鱼中，7 dpi 时单次热激后 6 小时，γH2a.x+ CM 比例与热激野生型鱼相比无差异。nE = 2，nA = 9（wt）、6（hsp70l:bmp2b）、6（hsp70l:nT-p2a-smad6b）、10（双转基因）；所有组共 nC = 13250。观察到的野生型与双转基因间相对差异为 2%，而计算所得的最小显著差异为 22%——小于 hsp70l:bmp2b 与双转基因之间 47% 的差异，故本实验具备足够统计效力揭示生物学相关的效应。E AFOG 染色显示，每日热激后 21 dpi，hsp70l:nT-p2a-smad6b 转基因鱼创面胶原含量显著增加。心肌，棕色；胶原，蓝色；纤维蛋白，红色。下图为用于定量蓝色胶原+ 区域的掩膜。nE = 2，nA = 16（wt）、17（hsp70l:nT-p2a-smad6b）。比例尺，50 µm。B–D 普通单因素方差分析 + Bonferroni 校正，双尾 Student t 检验。B–E 数据以均值表示，误差线为 95% 置信区间。源数据见源数据文件。部分元素使用 BioRender 创建。

为考察长期后果，我们对冷冻损伤的 hsp70l:nT-p2a-smad6b 转基因鱼与野生型同窝鱼连续 21 天每日热激，用酸性品红橙黄 G（AFOG）染色评估创面大小与胶原沉积。3 dpi 时两者创面大小无差异，但 21 dpi 时转基因鱼创面明显更大，且其中含有显著更多的胶原（图 5E）。由此得出：BMP/Smad 信号对形态学心脏再生与瘢痕消退是必需的。

7. BMP 信号促进「无压力复制」并使细胞顺利进入有丝分裂

值得注意的是，BMP 信号的表现与那些改变心肌细胞周期的其他干预截然不同。如前所述，在mTOR 抑制与维生素 D 信号激活等多种干预下，cycling 心肌细胞比例与 γH2a.x+ 比例都呈正相关。相比之下，bmp7a 功能缺失会减少心肌细胞 cycling，却反而提高 γH2a.x+ 比例（图 4）。这种「分离」现象提示我们进一步探究 BMP 信号究竟如何调控再生的心肌细胞周期与增殖。

单次脉冲表达 smad6b，即可在 6 小时内减少冷冻损伤 hsp70l:nT-p2a-smad6b 鱼中有丝分裂pH3+ 心肌细胞的比例（图 6A）。为检验缺乏 BMP 信号时细胞是否发生细胞周期延迟，我们对损伤的野生型与 hsp70l:nog3 转基因心脏连续 3 天注射 EdU 标记 cycling 心肌细胞，并在 7 dpi 检测 EdU 与 PCNA（图 6B）。基于我们此前对再生过程中心肌细胞数量增长的定量与建模——单个心肌细胞并不会经历多轮分裂——因此在 4、5、6 dpi 处于 cycling 状态的细胞中，只有少数在 7 dpi 仍会继续增殖，多数应已退出细胞周期。据此我们定义：EdU+ PCNA+ 心肌细胞（7 dpi）代表细胞周期仍在进行（可能是延迟退出）；仅 EdU+ 的细胞则代表已完成增殖。实验证实，热激野生型鱼中 7 dpi 时仅约 35% 的 EdU+ 细胞同时为 PCNA+；而过表达 nog3 抑制 BMP 信号后，EdU+ PCNA+ 细胞比例上升。此外，smad6b 过表达在单次脉冲后 6 小时内即提高 PCNA+ 细胞比例，却同时降低心肌细胞有丝分裂（图 6A）——强烈提示smad6b 诱导了心肌细胞的细胞周期延迟，从而使「仍在周期中」的细胞群增多。

那么，这些细胞是否正因为无法克服复制压力而被卡在 S 期或 G2 期？我们再次用连续 EdU 注射标记 cycling 心肌细胞，随后检测 EdU 与 γH2a.x（图 6C）。推理逻辑是：EdU+ γH2a.x+ 细胞正在经历复制压力，而仅 EdU+ 的细胞则享有无压力复制。结果显示，过表达 nog3 提高了 EdU+ γH2a.x+ 受压细胞的比例；有意思的是，bmp7a −/− 鱼的 EdU+ γH2a.x+ 受压细胞比例也显著高于野生型同窝鱼（图 6D）。总体而言，这些数据提示：BMP 信号之所以特异性促进心肌细胞增殖，是因为它让细胞得以克服复制压力并顺利推进到有丝分裂。

图 6 | BMP 信号促进无压力复制，并使心肌细胞摆脱细胞周期延迟。A 采用 hsp70l:nT-p2a-smad6b 的 BMP-Smad LOF 在单次热激后 24 小时内降低 CM 有丝分裂。nE = 2，nA = 13（wt）、14（hsp70l:nT-p2a-smad6b），nC = 19377（wt）、17328（hsp70l:nT-p2a-smad6b）。B 通过 4 至 6 dpi 的 EdU 掺入标记 cycling 的 CM，随后在 7 dpi 进行 EdU 与 PCNA 联合染色。EdU+ PCNA+ 的 CM 显示细胞周期仍在进行。采用 hsp70l:nog3 的 BMP-LOF 使 7 dpi 时 EdU+ PCNA+ CM 比例高于热激野生型鱼。nE = 2，nA = 19（wt）、19（hsp70l:nog3），nC = 14830（wt）、14981（hsp70l:nog3）。C 通过 4–6 dpi 的 EdU 掺入标记 cycling 的 CM，随后在 7 dpi 进行 EdU 与 γH2a.x 联合染色。双阳性 CM 被认为正在经历复制压力，EdU+ γH2a.x− 的 CM 则为「无压力」。hsp70l:nog3 提高 7 dpi 时 EdU+ γH2a.x+ 受压 CM 的比例。nE = 1，nA = 每组 11，nC = 5440（wt）、5660（hsp70l:nog3）。D bmp7a −/− 突变鱼在 7 dpi 时经历复制压力的 CM 比例增加。nE = 2，nA = 12（wt）、13（bmp7a −/−），nC = 1500（wt）、1300（bmp7a −/−）。E HU 处理提高 7 dpi 时 EdU+ PCNA+ CM 的比例，而这一升高可被 hsp70l:bmp2b 的 BMP-GOF 逆转。nE = 1，nA = 每组 6，所有组共 nC = 26000 个 CM。F 采用 hsp70l:bmp2b 的 BMP-GOF 足以提高 7 dpi 时经历「无压力复制」的 CM 比例，即便存在 HU 诱导的额外压力。nE = 1，nA = 6（wt，未处理）、5（hsp70l:bmp2b，未处理）、6（wt，HU）、6（hsp70l:bmp2b，HU）。nC = 所有组共 18910 个 CM。A–F 数据以均值表示，误差线为 95% 置信区间。双尾 Student t 检验。源数据见源数据文件。部分元素使用 BioRender 创建。

我们随后追问，BMP 的功能获得是否具有相反效应——即能否促进细胞周期进程与无压力复制？事实表明：在无额外扰动的条件下，bmp2b 过表达并不足以降低 EdU+ PCNA+ 细胞比例；但它能缓解 HU 所致该比例的升高（图 6E）。更引人注目的是，bmp2b 过表达提高了 EdU+ γH2a.x−（即「无压力」复制）细胞的比例——无论在无扰动条件下，还是在 HU 施加的额外复制压力下（图 6F）皆然。

8. BMP 信号保护小鼠心肌细胞与人类细胞免受复制压力

接下来我们检验 BMP 信号化解复制压力的能力是否在哺乳动物中保守。出生后短时期内小鼠心脏具备再生能力，从 postnatal day 1（P1） 乳鼠分离的心肌细胞在培养中仍保有增殖能力。我们此前已证明BMP7 可促进培养的鼠心肌细胞周期进程与细胞分裂。如今，单独的重组 BMP2 或 BMP7 蛋白处理虽未影响无 HU 条件下 γH2a.x+ 细胞的基线数量，却完全消除了 HU 诱导 γH2a.x 蓄积的能力（图 7A）——即 BMP2 与 BMP7 可保护新生小鼠心肌细胞免受 HU 诱导的复制压力。

哺乳动物心肌细胞增殖可被多条信号通路增强，包括抑制 p38 激酶活性。然而 p38 抑制剂 SB202190 并不影响 HU 诱导复制压力的能力（图 7B）。这说明「化解复制压力」是 BMP 信号所特有的能力，而非任何促增殖通路的普遍效果。

图 7 | BMP 信号化解复制压力的能力在小鼠与人类细胞中得以保守。A γH2a.x 与肌钙蛋白免疫荧光显示，BMP2 或 BMP7可使培养的原代新生小鼠 CM 从 HU 诱导的复制压力中获救。数据点代表每孔中 γH2a.x+ CM 的比例。nE = 2，n孔 = 10（培养基）、10（BMP7）、9（BMP2）、12（培养基，HU）、9（BMP7，HU）、10（BMP2，HU）；nC = 2795、2658、2106、3593、2704、2533（对应同上）。比例尺，20 µm。B p38 MAPK 抑制剂 SB202190 无法保护 CM 免受 HU 诱导的复制压力。nE = 2，n孔 = 6（培养基）、4（p38i）、8（培养基，HU）、4（p38i，HU）；nC = 1384、765、1937、876（对应同上）。HU（培养基）与 HU（p38i）组间观察到的相对差异为 11%，计算所得最小显著差异为 36%——小于HU（培养基）与 HU（BMP7）组间 44% 的效应量（见图 7A），故本实验具备足够效力检测该量级的效应。C γH2a.x 免疫荧光显示，用 BMP2 与 BMP4 预处理可保护 U2OS 细胞免受 HU 诱导的复制压力。图示γH2a.x 核水平的积分强度。nE = 1，n孔 = 每处理 3。比例尺，20 µm。D γH2a.x 与鬼笔环肽免疫荧光显示，在人原代新生包皮皮肤成纤维细胞中，BMP2 与 BMP4 预处理可缓解 HU 诱导的复制压力。数据点代表 γH2a.x 核水平的定量结果。nE = 1，nC = 14（BSA）、11（BMP2+4）、14（BSA，HU）、22（BMP2+4，HU）。比例尺，20 µm。E BMP2 预处理挽救经HU 处理的人骨髓来源原代 HSPC 的存活与增殖能力。数据代表自3 名供者分离的 HSPC 中所观察到的集落形成单位（CFU），以 BSA 处理对照归一化。nE = 5，n供者 = 3，供者 1 与 2 的n板 = 2，供者 3 为 1。A–C、E 采用普通单因素方差分析 + Bonferroni 校正；D 采用 Kruskal-Wallis 检验后接 Dunn 校正。数据以均值表示，误差线为 95% 置信区间。源数据见源数据文件。部分元素使用 BioRender 创建。

在人 U2OS 细胞系中，重组 BMP2 与 BMP4 联合处理已足以完全消除 HU 引起的 γH2a.x 诱导（图 7C）。同理，在人脐带包皮真皮成纤维细胞中，BMP2 与 BMP4 处理抑制了 HU 诱导 γH2a.x 的能力（图 7D），同时并未增强 EdU 掺入所反映的复制活动。此外，我们还考察 BMP 信号能否保护造血干细胞免受复制压力导致的功能衰退（该现象已在老年小鼠中被证实）。HU 处理 4 小时显著降低了人骨髓 CD34+ HSPC 形成集落的能力；而在 HU 处理前仅用 BMP2 预处理 2 小时，就足以将 CFU 计数挽救至未处理 HSPC 的水平（图 7E）。综上，「化解复制压力」是 BMP 信号的一项特征，在多种细胞类型与多个脊椎动物物种（含人类干细胞与祖细胞）中均被保守。

9. BMP 信号加快复制叉进程并增强复制叉重启

为检验 BMP 信号是否直接作用于 DNA 复制，我们对人脐带血 HSPCs 与 U2OS 癌细胞系开展了 DNA 纤维铺展实验。在体外高增殖的细胞中，用核苷酸类似物（先 CldU、后 IdU）短时标记，随后对单条 DNA 分子成像并测量标记片段（「轨迹」）长度，即可揭示复制动态的多个层面，包括复制叉推进的速度。这两类细胞在常规培养条件下即会遭遇复制挑战——HSPCs 因被强制进入 S 期，U2OS 癌细胞则因癌基因过表达。

正在推进的复制叉可由「CldU 后接 IdU」的双色轨迹识别（图 8A）。在 HSPCs 中，BMP2 或 BMP4 重组蛋白处理即足以延长进行中复制叉的 CldU 与 IdU 轨迹长度（图 8A）；而在 U2OS 细胞中只有 BMP4 产生此效应（图 8B）。复制叉停滞则表现为 CldU+ 与 IdU+片段长度不一，可通过长/短轨迹比值定量。除 BMP2 在 HSPCs 中带来极小变化（比值由对照的 1.53 升至 1.59，增幅 3.5%）外，BMP 并未影响两种细胞中复制叉停滞发生的频率。然而，BMP 信号可能通过促进停滞复制叉的重新启动来化解复制压力。

图 8 | BMP 信号通过增强复制叉速度与重启来化解复制压力。A DNA 纤维铺展实验显示，在人脐带血 HSPCs 中用 BMP2 或 BMP4 配体处理 48 小时，可通过测量 CldU（绿）或 IdU（红）轨迹长度而增加复制叉的推进速度。数据点代表单条 CldU 或 IdU 轨迹的长度。nE = 3，n纤维 = 每处理 670。B 在 U2OS 细胞中，BMP4 处理增加复制叉进程，而 BMP2 无显著效应。nE = 2，n纤维 = 每处理 250。C 在 U2OS 细胞中，用 BMP2 或 BMP4 配体预处理增加了 HU 介导停滞后重新启动的复制叉比例。停滞的复制叉表现为仅有 CldU 标记的轨迹，重启的复制叉则表现为 CldU 轨迹之后接续 IdU。数据点代表所有受检复制叉中重启复制叉所占的比例。nE = 2，n纤维 = 每处理 600。A–C 数据以均值表示，误差线为 95% 置信区间。采用 Kruskal-Wallis 检验后接 Dunn校正。源数据见源数据文件。部分元素使用 BioRender 创建。

为检验这一假设，我们先让 U2OS 细胞将 CldU 掺入新合成 DNA，再用 HU 处理使这些进行中的复制叉停滞，随后在 HU 洗脱并加入 IdU 的条件下识别「重启的复制叉」——即 CldU 轨迹之后接续 IdU 轨迹者（图 8C）。结果令人振奋：BMP2 与 BMP4 处理均显著提高了 HU 诱导停滞后成功重启的复制叉比例。由此我们得出结论：BMP 信号足以改善复制动态，并提出它至少部分通过增强复制叉重启能力来化解复制压力。

三、讨论与总结模型

我们的数据提示，化解复制压力是 BMP 信号的一项保守特性，对成年斑马鱼极高的心脏再生能力至关重要。我们提出如下模型（图 9）：成年斑马鱼通过残存心肌细胞的增殖高效完成心脏再生，可将损伤前的心肌细胞数量完全恢复；然而心肌细胞并非免于 DNA 复制的挑战——而这类挑战正被认为限制着老年哺乳动物的组织更新与干细胞功能。

图 9 | BMP 信号在化解斑马鱼心脏再生及哺乳动物细胞复制压力中的作用模型。斑马鱼心脏通过预先存在的心肌细胞增殖实现高效再生，尽管心肌细胞会经历「再生诱导的复制压力」。由BMP2、BMP4 与 BMP7 配体激活、并经Smad 信号介导的 BMP 信号，使心肌细胞得以克服复制压力——否则复制压力将导致 S 期阻滞，使再生失败。BMP 信号促进「无压力复制」的这种独特能力，在小鼠心肌细胞、人类细胞系、原代成纤维细胞以及造血干细胞与祖细胞中均被保守。部分元素使用 BioRender 创建。

具体而言：在缺乏 BMP 信号或 DNA 损伤应答通路被抑制的情况下，承受复制压力的 cycling 心肌细胞无法克服压力，被卡滞在细胞周期 S 期，再生随之失败。与其他通过促进心肌细胞 cycling、从而同步加重复制压力的促再生通路不同，BMP 信号通过促进停滞复制叉的重启，使复制得以「无压力」进行。这一能力在哺乳动物细胞中同样保守；因此，激活 BMP 通路有可能成为面向老年个体的抗衰老与促再生干预手段。

与其他再生动物模型的呼应

「高效再生依赖克服那些限制老年哺乳动物组织修复与稳态的挑战」这一理念，在蝾螈研究中同样得到支持。Whited 实验室发现，再生中的美西螈胚芽细胞同样经历复制压力，且干预 DNA 损伤应答通路会损害肢体再生。此外，衰老细胞会在再生中的蝾螈肢体里累积，但它们被高效清除，且实际上促进再生。我们并不认为斑马鱼心脏中「再生诱导的复制压力」具有有益功能；相反，我们认为它是再生对细胞周期施加需求时不可避免的副产品。我们提出，BMP 信号之所以能促进斑马鱼心肌细胞再生，一个重要原因正是它帮助细胞化解了复制压力。

复制压力的分子来源仍有待解析

美西螈胚芽细胞与斑马鱼心肌细胞中「再生诱导复制压力」的分子成因仍有待确定。由于我们并未观察到创缘区心肌细胞整体转录速率因再生而升高，复制叉与转录的冲突不太可能是原因；斑马鱼心肌细胞也未出现氧化性 DNA 损伤（而后者会限制新生小鼠的心肌细胞增殖）。此外，由于γH2a.x+ 心肌细胞比例不随鱼龄增长而升高，我们的数据也提示γH2a.x 蓄积并非源于S 期前既已存在、可能阻碍复制叉进程的 DNA 病灶。因此，心肌细胞在再生过程中遭遇复制压力的分子基础，仍需进一步研究。

ATR 的作用：不仅仅是「压力感知」

我们的数据显示，抑制 ATR 与 ATM 会减少心肌细胞增殖。这支持了我们的结论：心肌细胞的复制压力必须被感知，并由这些激酶启动缓解机制，细胞才能从 S 期推进到有丝分裂。然而，ATR 是哺乳动物胚胎发育所必需的，而缺失 ATR 的未受应激细胞虽能启动 DNA 复制，却会遭遇 dNTP 耗竭、复制叉停滞与复制失败。因此，ATR 可能也为未受应激细胞的正常增殖所必需——尤其在细胞从G0 期进入细胞周期、且细胞资源有限时。斑马鱼心肌细胞在稳态下细胞周期活动极低，而再生很可能对细胞周期机制提出大量需求，这引发了另一种可能性：即使在不经历复制压力的再生中心肌细胞中，ATR 也可能是顺利完成 S 期所必需的。尽管我们无法完全排除这一解释，但我们认为可能性不高——因为我们所用的 ATR 抑制剂剂量并不干扰斑马鱼胚胎发育，因而一般不会妨碍未受应激细胞的增殖。

BMP 信号：并非只是「提升抗压韧性」

我们发现 BMP-Smad 信号是化解斑马鱼再生心脏中心肌细胞复制压力所必需的，且在斑马鱼与新生小鼠心肌细胞、人成纤维细胞、U2OS 癌细胞系及 HSPCs 中足以降低复制压力。值得注意的是，在 HU 处理前用 BMP 配体预处理细胞，就能非常高效地保护它们免受 HU 诱导的复制压力。而在同时共处理的情形下（如小鼠心肌细胞），压力同样被大幅降低——这表明 BMP 信号并非只是增强了细胞对「随后才发生」的压力的韧性，而更可能是直接作用于压力的化解本身。我们的 DNA 纤维铺展实验提示，它至少部分通过促进复制叉重启来实现这一点。

我们关于 BMP 信号化解复制压力的发现，与近期一项研究高度契合——后者强调 BMP 在确保多能干细胞及神经发生过程中复制保真度方面起关键作用：在这些系统中，BMP 信号通过调节复制叉动态来缓解复制压力，并减少染色体错分离。此外，BMP 信号在内皮细胞中也被证明可抵抗丝裂霉素C 介导的 DNA 损伤。在 BMP 信号活跃的培养细胞中，Smad1 在 SXS 基序被磷酸化，而基因毒性压力可通过 ATM 激酶使 Smad1 在另一位点发生额外磷酸化；双磷酸化 Smad1 可抑制 Mdm2 对 p53 的降解，导致 p53 稳定。若聚焦于 p53 的经典功能，这些发现暗示活跃的 BMP 信号会提高细胞对基因毒性的敏感度，促使细胞走向周期退出、凋亡与衰老。但这一角色显然与我们在再生斑马鱼心肌细胞中提出的机制大相径庭——我们的结果表明 BMP 信号并不促进凋亡或衰老；相反，我们推测它促进那些正在承受复制压力的心肌细胞穿越细胞周期。BMP 信号影响基因组压力的这几种不同方式，究竟在多大程度上依赖细胞类型与情境，仍需未来工作厘清。

此外，先前一项研究曾在斑马鱼损伤心脏中报道 3 dpi 时心肌细胞出现 γH2a.x 蓄积，但该研究并未考察其在野生型心脏中的意义，而是发现端粒酶依赖的端粒延长（包括心肌细胞）对斑马鱼心脏再生是必需的：在缺失 tert 端粒酶活性的鱼中，心肌细胞增殖减少、γH2a.x 在更多心肌细胞中蓄积，并可检出心肌细胞衰老。因此，tert 活性与本研究发现的 BMP 信号，是目前已知仅有的两条通过保护心肌细胞免受基因组压力来促进斑马鱼心脏再生的通路。

◆ 本文核心信息

1. 再生必然伴随复制压力：斑马鱼虽能完全再生心脏，其再生中心肌细胞却会经历 DNA 复制压力，而压力本身并非由损伤直接造成。

2. 复制压力是「刹车片」而非「发动机」：凡提高心肌细胞增殖速率的干预都会同步加重复制压力；只有 BMP 信号能让细胞在加速的同时卸掉压力。

3. BMP → Smad1/5/9 → 复制叉重启构成了一条清晰的作用链，且在人类细胞与干细胞中依然有效，为抗衰老与促再生干预提供了潜在靶点。

关于木芮生物ABOUT MURUIBIO

苏州木芮生物科技有限公司（以下简称“木芮生物”）成立于2018年1月22日，是一家致力于以斑马鱼为模式生物提供生物医学基础科研服务、斑马鱼实验操作试剂盒、斑马鱼临床疾病模型、其他生物学实验试剂以及进行斑马鱼应用技术转化的高科技公司。木芮生物以斑马鱼为模式生物，建立起了上百种的临床疾病模型，深入探索相关疾病发生的深层次疾病机制， 进而为临床治疗疾病提供可行的治疗方案或者药物筛选机制。到目前为止，木芮生物已经建立起包括遗传、行为、 细胞、 生化分子等斑马鱼相关成熟的技术，并且依托这些技术成功将斑马鱼应用到基础科研、毒理测试、癌症药物筛选、 中药药效成分筛选、保健品开发和功效评价。木芮生物经过七年的快速发展，公司现已有核心创业团队成员20余人，其中博士研究生1人，硕士研究生6人，本科生10余人。木芮生物成立后，陆续与江苏省产业研究院和苏州纳米应用技术研究所等科研单位建立起了科研合作，建立了“模式生物技术与应用研发中心”；公司于2020年被认定为“国家高新技术企业”，于 2021年底获得苏州工业园区“领军成长企业”称号。