心血管疾病是人类的头号杀手，全球每年超过1800万病人死于心血管疾病。心肌损伤之后，成年人的心脏几乎不具备再生能力，在不断跳动的心脏上留下一道没有收缩功能的“疤痕”，最终导致心力衰竭，因此，心脏受损后的修复和再生一直是科学家们的研究重点。

近期研究表明，心脏作为异质性器官，它的损伤后修复不仅需要有收缩功能的心肌细胞，同时也需要心外膜细胞/成纤维细胞（Epi/FBs）、血管内皮细胞（ECs）、免疫细胞等非心肌细胞组成的微环境作为关键支撑。但是，心肌损伤之后，这些非心肌细胞的激活和细胞间协作如何促进心脏再生的机制仍有待研究。

2024年2月21日，美国北卡罗来纳大学教堂山分校的刘建东和钱莉团队在Science Advances上发表了题为 “Single-cell chromatin profiling reveals genetic programs activating pro-regenerative states in non-myocyte cells” 的研究论文，该研究首次通过单细胞技术解析了斑马鱼心脏再生过程中非心肌细胞的表观遗传图谱，并通过构建多个基因定向失活的斑马鱼模型，最终揭示了由巨噬细胞（MCs）产生的炎症因子TNFα通过激活下游的转录因子AP-1，分别与心外膜细胞/成纤维细胞、血管内皮细胞中Yap1/Tead和Stat调节因子合作，进而调控特定非心肌细胞的激活和心脏再生。（拓展阅读：刘建东/钱莉课题组相关研究进展，详见“岚翰生命科学”报道（点击阅读）：Circulation︱北卡罗来纳教堂山大学团队发现心肌细胞成熟调节机制）

该团队的前期研究发现，利用药物清除损伤心脏中的巨噬细胞可以显著减少Epi/FBs在受伤部位的激活，暗示了MCs与Epi/FBs存在细胞间协作关系。因此，在本研究中，作者首先通过敲除促炎巨噬细胞中特异表达的炎症因子tnfα发现，Epi/FBs和ECs在受伤部位的激活均受到显著的抑制，最终干扰心脏再生。为了掲示潜在的调控网络，作者利用单细胞ATAC-seq技术对损伤心脏中非心肌细胞进行了染色质可及性分析，同时联合单细胞转录组分析，绘制了主要非心肌细胞类型特异性的高分辨率染色质调控图谱（图1）。基于转录因子可接近性聚类分析，作者发现AP-1作为TNFα信号通路的下游靶标分子，AP-1/ Tead转录因子motif和AP-1/ Stat转录因子motif分别在损伤后激活的FBs亚群（aEpi/aFBs）和激活的ECs亚群（aECs）中高度富集。通过对比Tnfα敲除组与对照组心脏损伤后的染色质可及性，作者进一步验证了tnfα敲除对AP-1 motif富集的显著抑制作用。

图1 斑马鱼心脏再生过程中非心肌细胞的单细胞ATAC-seq

基于这些发现，作者设计构建了一系列基因定向失活/表达的斑马鱼模型，在体内水平上进一步掲示了AP-1和Yap1/Tead对于aEpi/aFBs的激活以及心脏再生的关键作用（图2）。同样的，AP-1和Stat3的结合在调节aECs的激活和心脏修复中起重要调节作用（图2）。组蛋白H3K27ac被广泛认为是与特定细胞类型基因表达相关增强子的标记。通过对比Epi/FBs细胞特异性的AP-1显性负调控（Dominant Negative）斑马鱼与对照组在心脏损伤后H3K27ac的CUT&Tag测序结果，作者发现大多数包含AP-1 motif的下调H3K27ac峰也同时伴随着高频率的Tead/Yap1 motif，再次为心脏再生过程中AP-1在Epi/FBs中与Tead/Yap1调节因子的协同作用提供了证据。

图2 心脏再生过程中非心肌细胞之间的调控网络模式图

文章结论与讨论，启发与展望

综上，本研究工作首次从单细胞水平绘制了心脏再生过程中非心肌细胞的高分辨表观遗传图谱，并掲示了调控促再生aEpi/aFBs和aECs亚群激活的关键因子，最终解析了对心脏再生至关重要的主要非心肌细胞之间的协作关系和调控网络。该研究为深入探究心脏中非心肌细胞组成的微环境对心脏损伤修复的作用提供了新视角和新见解，对将来研发靶向心脏修复的治疗新方法提供了宝贵的数据和理论基础。

美国北卡罗来纳大学教堂山分校的刘建东教授为本论文通讯作者，董妍涵博士、杨宇晨博士为共同第一作者。

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编辑︱八喜

本文完

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