時空簡訊第43期。

心血管疾?。ㄔ诖颂刂感呐K血管病變、心臟結(jié)構(gòu)和功能病變等）是一類嚴(yán)重威脅人類，尤其中老年人健康的常見疾病。據(jù)《中國心血管健康與疾病報告2021》顯示，目前我國心血管病的發(fā)病率與致死率仍居首位，是城鄉(xiāng)居民的“頭號殺手”。在高達3.3億的現(xiàn)患人數(shù)中，心臟疾病，如冠心?。?,139萬）、心力衰竭（890萬）、肺源性心臟?。?00萬）等占比極高。想要控制心臟疾病發(fā)病率與死亡率的持續(xù)性增長，除了做好早期干預(yù)外，還應(yīng)深入剖析致病機制，研究診斷與治療方法，以有效延長患者生存期。為快速、高效地傳播、共享基于空間組學(xué)和單細胞組學(xué)技術(shù)的心臟疾病機制與診療研究的前沿學(xué)術(shù)成果，華大時空推出心血管疾病研究專題簡訊。遴選與心血管疾病發(fā)病機制、診斷和治療相關(guān)的代表性前沿文章，持續(xù)、針對性地進行精要解讀，敬請關(guān)注。

在此，遴選了9篇與心臟疾病致病機制、診斷和治療相關(guān)的優(yōu)質(zhì)前沿文章，展示了基于空間組學(xué)和單細胞組學(xué)技術(shù)在心臟疾病研究中取得的顯著性成果，以助于我們深入理解心臟疾病機制和開發(fā)新的治療方法，供了解參考。

綜合/Integrated

Bulk轉(zhuǎn)錄組聯(lián)合單細胞轉(zhuǎn)錄組解析不同心臟疾病細胞類型特異基因表達和通信模式特征

Frontiers in Cell and Developmental Biology?[IF：6.081]

① 分析來自4種常見心臟病小鼠模型，包括心肌梗死（myocardial infarction，MI）、擴張型心肌病（dilated cardiomyopathy，DCM）、肥厚型心肌?。╤ypertrophic cardiomyopathy，HCM）和心律失常性右心室心肌?。╝rrhythmogenic right ventricular cardiomyopathy，ARVC）的原始測序數(shù)據(jù)，首次構(gòu)建了一個包含12項研究110個樣本的整合bulk轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)集，并使用CIBERSORTx估算細胞豐度來重建細胞類型表達譜，全面比較了不同類型心臟疾病中細胞類型特異性表達差異。

② 結(jié)合MuSiC和Bisque的相對豐度和流式細胞術(shù)，研究并驗證疾病條件下心臟細胞組成的變化，發(fā)現(xiàn)MI和DCM小鼠心臟成纖維細胞比例明顯升高。

③ 引入2個MI和HCM的scRNA-seq數(shù)據(jù)集重建bulk轉(zhuǎn)錄組圖譜，并表征不同疾病條件下細胞類型的豐度和細胞類型特異性通路，表明成纖維細胞是多種疾病中心臟組織轉(zhuǎn)錄組改變的重要參與者，識別出一個高表達Cthrc1的MI和DCM中特異上調(diào)的成纖維細胞亞群FB_sp2。

④ 免疫細胞豐度改變是不同心臟疾病的普遍現(xiàn)象，而單核細胞參與MI的發(fā)生發(fā)展。

⑤ 特異差異基因間的蛋白互作網(wǎng)絡(luò)證明了單核細胞（Cfh、Qsox1和Olfml3等）和成纖維細胞（Ywhap、Prkcd、Col4a2和Cbl）通信的潛在機制；利用CellChat計算細胞通信模式的變化發(fā)現(xiàn)成纖維細胞處于通信網(wǎng)絡(luò)的中心，表明它在心臟病進展中的核心作用。（徐曉靜）

Deciphering cell-type-specific gene expression signatures of cardiac diseases through reconstruction of bulk transcriptomes.

2022.02.28, DOI：10.3389/fcell.2022.792774

研究文章；小鼠，心臟，心肌梗死，擴張型心肌病，肥厚型心肌病，致心律失常性右心室心肌病，成纖維細胞，單核細胞，bulk RNA-seq，scRNA-seq；Xiaobin Wu，Xingyu Zhao，Chao Zhong，Yuan Zhou；北京大學(xué)；中國

冠心病/Coronary Artery Disease

單核染色質(zhì)可及性分析揭示冠心病風(fēng)險的調(diào)節(jié)機制

Nature Genetics?[IF：41.307]

① 應(yīng)用snRNA-seq分析來自41例不同階段冠心?。╟oronary artery disease，CAD）患者的冠狀動脈節(jié)段的28,316個細胞核，識別出14種不同的細胞簇，繪制了健康和動脈粥樣硬化的人類冠狀動脈染色質(zhì)可及性圖譜，揭示了CAD組織中不同類型細胞的基因調(diào)控機制及關(guān)鍵遺傳位點。

② 在所有細胞中發(fā)現(xiàn)了323,767個候選順式調(diào)節(jié)元件（cis-regulatory elements，CREs），確定了細胞類型特異性元件、轉(zhuǎn)錄因子，并確定了功能性CAD風(fēng)險變異的優(yōu)先級。

③ 鑒定了平滑肌細胞（smooth muscle cell，SMC）過渡狀態(tài)（如纖維肌細胞）和功能變異的因素，這些因素可預(yù)測分別改變SMC和巨噬細胞對MRAS（3q22）和LIPA（10q23）的特異性調(diào)控。

④ 通過整合scATAC-seq和scRNA-seq數(shù)據(jù)，系統(tǒng)地將CAD風(fēng)險變異與靶基因啟動子聯(lián)系起來，鑒定了CAD的兩個關(guān)鍵候選轉(zhuǎn)錄因子：PRDM16和TBX2。（Lina）

Single-nucleus chromatin accessibility profiling highlights regulatory mechanisms of coronary artery disease risk.

2022.05.19; 10.1038/s41588-022-01069-0

研究文章；人，心臟，冠心病，細胞類型，轉(zhuǎn)錄因子，風(fēng)險變異，snATAC-seq；Adam W. Turner, Shengen Shawn Hu, Chongzhi Zang, Clint L. Miller; University of Virginia; USA.

人類心肌梗死的空間多組學(xué)圖譜

Nature?[IF：69.504]

① 利用單細胞基因表達、染色質(zhì)可及性和空間轉(zhuǎn)錄組分析來自23個個體的31個樣本，包括4個非移植供體心臟（對照），來自急性心肌梗死患者的壞死區(qū)（缺血區(qū)和邊界區(qū)）和未受影響的左心室心?。ㄆh區(qū)）組織的樣本，以及來自心肌梗死后期患者的纖維化區(qū)組織樣本，構(gòu)建了心肌梗死后早期和晚期人類心肌重構(gòu)的綜合高分辨率分子圖譜，為心臟疾病的高級機制和治療研究鋪平了道路。

② 基于整合的snRNA-seq和snATAC-seq數(shù)據(jù)，確定了與疾病進展相關(guān)的心肌細胞、內(nèi)皮細胞、髓系細胞和成纖維細胞的不同細胞狀態(tài)和亞型；推斷了一個基于增強子的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，并確定了心肌細胞和成纖維細胞的潛在調(diào)控因子。

③ 在損傷心肌周圍的邊界區(qū)存在明顯的生態(tài)位，損傷和未損傷細胞類型之間有清晰的邊界，并以ANKRD1和NPPB表達的梯度為標(biāo)志。

④ 心肌梗死后的晚期重塑是由纖維化驅(qū)動的，在不同的組織區(qū)域中存在成纖維細胞向肌成纖維細胞的分化。

⑤ 解碼了人類心肌梗死后成纖維細胞和髓系細胞的異質(zhì)性，并確定了肌成纖維細胞和活化的吞噬巨噬細胞（SPP1+CD36+）之間明顯的細胞依賴性。（LQ/貓咪/Lina）

Spatial multi-omic map of human myocardial infarction.

2022.08.10, DOI: 10.1038/s41586-022-05060-x

研究文章; 人，心臟，心肌梗死，成纖維細胞，心肌細胞，snRNA-seq，snATAC-seq，空間轉(zhuǎn)錄組；Christoph Kuppe, Ricardo O. Ramirez Flores, Zhijian Li, Julio Saez-Rodriguez, Rafael Kramann; RWTH Aachen University, Heidelberg University, Heidelberg University Hospital;Germany.

心力衰竭/Heart Failure

心力衰竭中心臟血管生態(tài)位的繪制

Nature Communications?[IF: 17.694]?

① 將遺傳命運追蹤與共聚焦成像、scRNA-seq分析相結(jié)合，描述了體內(nèi)平衡和心力衰竭期間小鼠心臟所有主要血管和血管周圍的細胞類型，揭示了成纖維細胞、內(nèi)皮細胞、周細胞和血管平滑肌細胞亞型中細胞類型特異性的轉(zhuǎn)錄組學(xué)變化，為研究肥厚型心臟重塑中血管生態(tài)位轉(zhuǎn)錄組學(xué)變化提供了廣泛資源。

② 描述了一種以Thbs4表達為標(biāo)志的、存在于穩(wěn)態(tài)過程中的特定成纖維細胞亞群，該亞群在心肌纖維化損傷后顯著擴增，并確定了轉(zhuǎn)錄因子TEAD1作為成纖維細胞激活的調(diào)節(jié)因子。

③ 內(nèi)皮細胞在損傷后表現(xiàn)出擴增反應(yīng)，但在后來的重塑中不能支持血管生成。（Lina）

Mapping the cardiac vascular niche in heart failure.

2022.05.31; DOI: 10.1038/s41467-022-30682-0

研究文章；小鼠，心臟，心力衰竭，成纖維細胞，內(nèi)皮細胞，scRNA-seq；Fabian Peisker, Maurice Halder, Ivan Costa, Rafael Kramann; RWTH Aachen University Medical Faculty, RWTH Aachen University Hospital, Erasmus Medical Center; Germany, The Netherlands.

單細胞和譜系追蹤研究揭示CD34+細胞對心力衰竭期間心肌纖維化的影響

Stem Cell Research & Therapy?[IF：8.079]

① 使用Cd34-CreER2;Rosa26-tdTomato小鼠（一種可誘導(dǎo)的譜系追蹤模型），追蹤 CD34+細胞在TAC（transverse aortic constriction）誘導(dǎo)的心肌重塑中的命運，并結(jié)合scRNA-seq技術(shù)和骨髓移植模型，繪制了人類和動物模型心臟肥大過程中CD34+細胞來源的細胞景觀，表明分化為成纖維細胞的非骨髓來源的CD34+細胞在很大程度上解釋了心臟纖維化的原因。

② 通過分析來自小鼠心臟的59,505個單細胞和來自人類心臟的22,537個單細胞的轉(zhuǎn)錄組，闡明了心臟肥大過程中細胞景觀的動態(tài)變化，包括CD34+細胞、成纖維細胞、內(nèi)皮細胞和免疫細胞。

③ 結(jié)合遺傳譜系追蹤和骨髓移植模型，確定了非骨髓來源的CD34+細胞是心肌纖維化過程中成纖維細胞和內(nèi)皮細胞的主要來源。

④ CD34+細胞的部分耗竭可減輕心肌纖維化的嚴(yán)重程度，并顯著改善了心臟功能。

⑤ 對scRNA-seq數(shù)據(jù)的單細胞擬時序分析和體外細胞培養(yǎng)研究表明，Wnt-β-catenin和TGFβ1/Smad通路在調(diào)節(jié)CD34+細胞向成纖維細胞分化中至關(guān)重要。（Lina）

Single cell and lineage tracing studies reveal the impact of CD34+?cells on myocardial fbrosis during heart failure.

2023.02.20，DOI：10.1186/s13287-023-03256-0

研究文章；小鼠，心臟，心力衰竭，心肌纖維化，成纖維細胞，CD34+細胞，譜系追蹤，scRNA-seq；Luping Du, Xiaotong Sun, Hui Gong, Weidong Li, Ting Chen, Qingbo Xu; 浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第一醫(yī)院，阿里巴巴-浙江大學(xué)未來數(shù)字醫(yī)療保健聯(lián)合研究中心；中國

心律失常/Arrhythmia

Tomo-Seq揭示ZBTB11為致心律失常性心肌病心肌細胞變性的調(diào)節(jié)因子

Cardiovascular Research?[IF：13.081]

① 結(jié)合空間轉(zhuǎn)錄組Tomo-Seq與經(jīng)典的組織學(xué)方法，研究人類致心律失常性心臟?。╝rrhythmogenic cardiomyopathy，ACM）中疾病驅(qū)動機制背后的基因表達變化，繪制了移植ACM心臟的心外膜-心內(nèi)膜基因表達圖譜，揭示了人類心肌病中新的分子機制，并揭示了ZBTB11（Zinc finger and BTB domain containing protein11）為心肌細胞缺失的一種新的驅(qū)動因子。

② 對已知具有PKP2基因突變的男性患者的移植ACM心臟進行解剖和組織學(xué)檢查，發(fā)現(xiàn)該患者心臟存在嚴(yán)重的心肌細胞變性和脂肪組織的替換現(xiàn)象，并發(fā)現(xiàn)PKP2突變導(dǎo)致心肌細胞間橋粒和連接成分的錯誤定位和缺失。

③ 使用Tomo-Seq和RNA-Seq，獲得了ACM心臟的跨心外膜到心內(nèi)膜高空間分辨率表達圖譜，并根據(jù)已知標(biāo)記基因的表達模式，將基因表達譜分為了不同區(qū)域，同時，也發(fā)現(xiàn)一些之前未知的與PLIN1、ACTA2和DES基因相關(guān)的基因。

④ ACM心臟的不同區(qū)域具有不同的基因表達模式：Cluster 1僅存在于ACM心臟的心外膜纖維脂肪區(qū)域、Cluster 2位于脂肪區(qū)域和心肌細胞區(qū)域之間邊界區(qū)域、Cluster 3存在于心肌細胞區(qū)域。

⑤ 將基因表達譜與區(qū)域重構(gòu)反應(yīng)聯(lián)系起來，發(fā)現(xiàn)ZBTB11在心肌活性纖維脂肪替代位點特異性富集，同時這種富集需要外部刺激，比如纖維脂肪組織的存在。

⑥ ZBTB11在患者的纖維脂肪區(qū)域兩側(cè)的應(yīng)激心肌細胞中增加，并誘導(dǎo)心肌細胞的自噬和凋亡。（姜小花）

Spatial transcriptomics unveils ZBTB11 as a regulator of cardiomyocyte degeneration in arrhythmogenic cardiomyopathy.

2022.05.16，DOI：10.1093/cvr/cvac072

研究文章；人，心臟，心律失常性心肌病，心肌細胞，ZBTB11, Tomo-Seq；Cornelis J. Boogerd，Grégory P.A. Lacraz, ábel Vértesy, Aryan Vink, Eva van Rooij；Royal Netherlands Academy of Arts and Sciences (KNAW) and University Medical Center Utrecht, Utrecht University, Institute of Molecular Biotechnology of the Austrian Academy of Sciences (IMBA)；The Netherlands, Austria.

復(fù)雜心律失常的3D人體模型

Acta Biomaterialia?[IF: 8.947]

① 描述了一個新的具有高再現(xiàn)性、保真度和廣泛功能適用性的3D工程心臟組織（engineered heart tissue，EHT）模型——獲得性心律失常體外3D模型，該模型模擬了人類相關(guān)平臺中患者和動物模型中已建立的病理生理學(xué)變化，且有可能很容易被用作未來病理生理學(xué)和藥理學(xué)研究的研究工具。

② 將水凝膠包埋的人誘導(dǎo)多能干細胞來源的心肌細胞（human induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes，HiPSC-CMS）和心臟成纖維細胞種植到已建立的微孔系統(tǒng)中，并通過甲基β環(huán)糊精（methyl-β-cyclodextrin，MBCD）破壞心肌細胞-細胞信號傳導(dǎo)，從而模擬人類的獲得性心律失常。

③ 利用獲得性心律失常體外3D模型的固有功能特性及先進的光學(xué)成像技術(shù)，展示了相對于對照組，心律失常組織中收縮率、同步性和電生理傳導(dǎo)的顯著變化。（陳亞東/Lina）

A 3-D human model of complex cardiac arrhythmias.

2021.03.10，DOI：10.1016/j.actbio.2021.03.004

研究文章；心臟組織工程，心律失常綜合征，多能干細胞，三維光學(xué)成像，藥物檢測，Kenneth Williams, Sara S. Nunes; Toronto General Hospital Research Institute, University Health Network, University of Toronto; Canada.

高血壓/Hypertension

細胞治療可減輕伴有心力衰竭和保留射血分?jǐn)?shù)的高血壓大鼠的內(nèi)皮功能障礙

American journal of physiology. Heart and circulatory physiology?[IF：5.125]

① 結(jié)合scRNA-seq技術(shù)，測試心臟球源性細胞（cardiosphere-derived cells，CDCs）治療引起的心臟功能改善是否與氧化應(yīng)激、先天免疫和血管反應(yīng)性的變化相關(guān)，驗證了內(nèi)皮細胞炎癥是射血分?jǐn)?shù)保留型心力衰竭（heart failure with preserved ejection fraction，HFpEF）的直接驅(qū)動因素的假說，并進一步解釋了內(nèi)皮細胞和單核/巨噬細胞在HFpEF發(fā)病機制中的作用。

② 喂食高鹽飲食的Dahl鹽敏感性（Dahl salt-sensitive，DS）大鼠出現(xiàn)HFpEF，并伴有舒張功能障礙和心衰的客觀體征（包括運動不耐受、惡病質(zhì)和肺充血）。

③ DS大鼠被隨機分配接受冠狀動脈內(nèi)輸注CDCs或載藥治療兩周，分析發(fā)現(xiàn)CDCs可改善內(nèi)皮依賴性血管舒張，同時降低氧化應(yīng)激，恢復(fù)內(nèi)皮型一氧化氮合酶（endothelial nitric oxide synthase，eNOS）的表達。

④ 在體外，將內(nèi)皮細胞暴露于CDC分泌的細胞外囊泡中，可降低VCAM-1蛋白的表達，并減弱單核細胞的粘附和遷移。（Lina）

Cell therapy attenuates endothelial dysfunction in hypertensive rats with heart failure and preserved ejection fraction.

2022.09.09，DOI：10.1152/ajpheart.00287.2022

研究文章；大鼠，心臟，高血壓，心力衰竭，保留射血分?jǐn)?shù)，內(nèi)皮細胞，單核細胞，心臟球源性細胞，細胞治療，scRNA-seq；Geoffrey de Couto, Thassio Mesquita,?Xiaokang Wu, Eduardo Marbán; Smidt Heart Institute, Cedars-Sinai Medical Center; USA.

心肌病/Cardiomyopathy

單細胞核測序技術(shù)揭示擴張型和肥厚型心肌病轉(zhuǎn)錄圖譜

Nature?[IF：69.504]

① 通過對來自11例擴張型心肌?。╠ilated cardiomyopathy，DCM）和15例肥厚型心肌?。╤ypertrophic cardiomyopathy，HCM），以及16個非衰竭（non-failing，NF）患者心臟左心室樣本中的近592,689個細胞核進行snRNA-seq分析，全面描述了人類DCM和HCM的單細胞核轉(zhuǎn)錄圖譜，提供了對人類心肌病的轉(zhuǎn)錄和分子基礎(chǔ)的見解。

② 與NF供體相比，DCM或HCM患者的左心室存在較大的轉(zhuǎn)錄變化，而DCM與HCM患者左心室之間的轉(zhuǎn)錄差異相對較??；當(dāng)DCM和HCM進展到晚期時（樣本均為晚期），二者的轉(zhuǎn)錄譜相似。

③?心肌病和NF心臟之間的細胞類型或細胞亞型組成不同，最顯著不同是心肌病心臟中增殖的CCR2陰性巨噬細胞減少和活化的成纖維細胞的增加。此外，識別出一種僅存在于心肌病中的獨特的活化成纖維細胞群。

④ 針對活化心肌成纖維細胞基因的CRISPR-Cas9技術(shù)或許可作為心肌纖維化的有效干預(yù)措施。（Lina）

Single-nucleus profiling of human dilated and hypertrophic cardiomyopathy.

2022.06.22，DOI：10.1038/s41586-022-04817-8

研究文章；人，心臟，左心室，擴張型心肌病，肥厚型心肌病，成纖維細胞，snRNA-seq；Mark Chaffin, Patrick T. Ellinor; The Broad Institute, Massachusetts General Hospital; USA.