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導(dǎo)語
缺血性心肌病(Ischemic cardiomyopath, ICM)是最常見的心臟病類型，根據(jù)2017年統(tǒng)計ICM在全球范圍內(nèi)影響1.26億人，并造成900萬人死亡。ICM最常見的誘因是冠狀動脈動脈粥樣硬化，抑制了流向心臟的血液。
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科學(xué)問題
當(dāng)前動態(tài)心血管疾病的治療靶點開發(fā)還具有挑戰(zhàn)，因此需要更多了解ICM患者細(xì)胞維度和轉(zhuǎn)錄本的信息。單細(xì)胞測序(scRNA-seq)和單核RNA測序(snRNA-seq)的進展使人們能夠更好地對比健康人群和ICM轉(zhuǎn)錄組的差異。
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研究技術(shù)
單細(xì)胞核測序（snRNA-seq）
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方法
通過snRNA-seq技術(shù)比較未衰竭人群(n = 8)和ICM患者(n = 8)左心室組織細(xì)胞類型和轉(zhuǎn)錄組的變化。
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結(jié)論
在ICM患者中細(xì)胞組成及其基因表達均發(fā)生改變。在疾病中，內(nèi)皮細(xì)胞及其他細(xì)胞群，其層粘連蛋白信號(LAMININ signaling)均表達上調(diào)。細(xì)胞維度的轉(zhuǎn)錄組在多種心肌病亞型中趨同，可為終末期心力衰竭確定的潛在藥物靶點。
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研究路線圖
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研究結(jié)果
1. ICM vs NF基因表達和通路的的差異
通過ICM和NF進行對比，成纖維細(xì)胞(n=1525)中有最多差異表達基因(differentially expressed genes, DEG)，其次是心肌細(xì)胞(n=513)，內(nèi)皮細(xì)胞Ⅰ型(n=457)，巨噬細(xì)胞(n=415)。從整體來看豐度最高的細(xì)胞類型是心肌細(xì)胞(31.6%)、成纖維細(xì)胞(22.6%)和內(nèi)皮細(xì)胞(20.5%)。與NF組進行對比，ICM患者心肌細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞Ⅱ型的數(shù)量顯著減少，成纖維細(xì)胞增加但無顯著差異。
2. ICM患者內(nèi)皮細(xì)胞的多樣性
針對內(nèi)皮細(xì)胞(endothelial cell, EC)進行整合再進行重新聚類，重新細(xì)分了七個不同的亞群。與NF樣本相比，ICM中內(nèi)皮細(xì)胞組成的明顯變化，包括：淋巴EC細(xì)胞、血管生成EC細(xì)胞、和動脈EC細(xì)胞。進一步列舉以上三個亞群中的DEGs，并用CellChat進行了細(xì)胞亞群通訊分析。結(jié)果顯示，ICM中內(nèi)皮細(xì)胞的整體通訊均有增加，這在心內(nèi)膜EC細(xì)胞和血管生成EC細(xì)胞中尤為明顯。當(dāng)考慮到內(nèi)皮細(xì)胞到分化到其他細(xì)胞類型的信息流時，觀察到CDH5、JAM、層粘連蛋白和膠原信號顯著增加。值得注意的是，在NF樣本中，很少有基于內(nèi)皮細(xì)胞的層粘連蛋白信號交流；但在ICM患者中，這種信號會急劇擴展。這種變化主要是由幾個內(nèi)皮亞群中配體?LAMA4?、?LAMB1?和?LAMC1?的增加所導(dǎo)致，這些基因表達的增加促進細(xì)胞亞群間的通訊交流。
3. 晚期缺血性心肌病、晚期肥厚型心肌病和晚期擴張型心肌病三者有相似轉(zhuǎn)錄特征
缺血性心肌病(Ischemic cardiomyopathy, ICM)數(shù)據(jù)集和肥厚型心肌病(hypertrophic cardiomyopathy, HCM)/擴張型心肌病(dilated cardiomyopathy, DCM)數(shù)據(jù)集，一共692,373個細(xì)胞核進行整合，并用UMAP進行可視化。在主要成分分析中，每個樣本的所有細(xì)胞類型的聚集時，我們發(fā)現(xiàn)ICM、DCM和HCM樣本聚集在一起，與NF對照明顯分開。后續(xù)通過比較分析ICM、DCM、HCM獨特變化的基因。從結(jié)果來看，以上三種心肌病轉(zhuǎn)錄組特征具有相似性，三種心肌病之間共享基因富集的常見途徑。
4. 鑒定終末期心力衰竭的潛力藥物基因
篩選細(xì)胞群特異性基因，從中設(shè)計篩選的流程，確認(rèn)細(xì)胞水平的潛力藥物靶點。分析結(jié)果顯示在所有3種心肌病中有10個基因可藥用并上調(diào)，有29個基因可用藥并下調(diào)。其中有些基因過去已有文獻報道顯示與心臟疾病有密切關(guān)聯(lián)，如：?MYH6?，?CYD2J2?等。鑒定出幾個基因，這些基因以前已經(jīng)被證明可以發(fā)揮作用在可能可藥用的疾病中發(fā)揮重要作用，并對心臟病產(chǎn)生積極影響，如：SMOC2?、?SULF1?、?SPARCL1?、?NRK?和?PRELP?。
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參考文獻：
Simonson B, Chaffin M, Hill MC, et al. Single-nucleus RNA sequencing in ischemic cardiomyopathy reveals common transcriptional profile underlying end-stage heart failure [published online ahead of print, 2023 Feb 14].?Cell Rep. 2023;42(2):112086. doi:10.1016/j.celrep.2023.112086