Circulation 中国医学科学院阜外医院王利教授团队揭示心力衰竭新机制

心力衰竭(HF)是许多心脏病(如心肌梗死、高血压、主动脉瓣狭窄、瓣膜闭锁不全和心律失常等)的终末阶段，由于其发病率和死亡率较高，是医疗保健系统面临的一项巨大挑战。目前的疗法主要侧重于减轻心脏的血流动力学负担。因此，针对心力衰竭内在机制的有效策略仍是人们孜孜以求的目标。

转录调控网络以特定细胞类型的方式控制着组织稳态和疾病进展。染色质调控因子与转录因子协同精细控制基因时空有序表达，从而在生物的发育与疾病中发挥着重要作用。心肌细胞作为心力衰竭干预的目标细胞类型而备受关注。因此，阐明心肌细胞中错综复杂的转录信号如何协同稳定调控细胞命运至关重要。染色质重塑子INO80在心脏发育过程中有重要作用，但其在成年心肌细胞中的作用仍然未知。

2023年12月28日，中国医学科学院阜外医院王利教授团队在Circulation (IF=39.922 Q1)上发表了题为“INO80-Dependent Remodeling of Transcriptional Regulatory Network Underlies the Progression of Heart Failure”的研究论文，揭示了染色质重塑复合物INO80核心亚基在心肌稳态和心力衰竭中的作用及机制，为心力衰竭的发病及治疗提供新思路。

首先，作者通过分离小鼠心脏发育过程不同时期(E14.5、P2、P7、P60)的心脏组织，检测INO80在心脏发育成熟不同时期的表达水平。结果显示，随着小鼠心脏发育成熟，INO80表达增加，并且心肌细胞表达高于非心肌细胞，提示INO80在成年心脏中有重要作用，可能是维持成年心脏稳态的关键因子。在小鼠、人心衰组织中INO80表达进一步升高，提示INO80可能与心衰相关，其表达增加可能是心力衰竭疾病进程中一个重要的分子事件。

为了确定INO80表达增加是心力衰竭发生的原因还是结果，作者构建心肌细胞特异性过表达INO80转基因小鼠。诱导INO80过表达第4天开始，小鼠心脏收缩功能急剧下降，心体比显著增加，心肌细胞面积明显增大，小鼠过早死亡，心衰标志物Nppa和Nppb表达增加。因此，INO80过表达诱导心力衰竭。

为了找出那些更容易对Ino80过表达做出反应的基因，并确定它们是否会形成一个调控网络，以执行更多样化的生物学过程。为了解决这些问题，作者在诱导Ino80过表达第0、1、2、3天分离获得小鼠心肌细胞进行了单细胞RNA-seq分析，发现随着Ino80表达增加，心肌细胞的心力衰竭指数增加。由于Ino80的表达在第1天表现出更宽的范围，作者重点研究了第1天心肌细胞。根据Ino80表达水平将第0和1天细胞进行排序，并确定了差异基因的3种不同表达模式(C1-C3)。C1是由与线粒体代谢和肌原纤维组装密切相关的基因组成，与Ino80表达成反比。C2是一组主要参与应对外部刺激以及血管生成和炎症调控的基因。这些基因与Ino80表达呈正相关，但在Ino80表达达到最高值时略有下降。C3只在Ino80表达接近最大值的细胞中高表达，与肌肉发育相关。根据基因表达变化模式，作者推测Ino80可能调控一系列对心脏功能很重要的转录因子表达，从而通过这些转录因子的下游靶基因放大其对心脏功能的影响。为了验证这一假设，作者计算Ino80表达增加时基因调节子的活性变化。调节子活性也呈现出三种不同的模式。同样，这些调节子的下游靶基因与Ino80表达的相关性与其上游调节子类似。其中最明显的是MEF2家族，其活性在Ino80过表达后降低，而那些与Ino80表达水平正相关的调节子则在细胞因子产生和炎症反应中表现出更强的富集性。这些结果表明，Ino80表达增加会导致转录调控网络的重塑，从而破坏正常的心脏功能并提高整体炎症水平。

为了揭示INO80下游直接靶基因，作者联合scRNA-seq、bulk RNA-seq、ChIP-seq和ATACseq数据分析，发现在正常心脏中，INO80被转录因子MEF2A招募到心脏功能相关基因上，调控它们表达来维持心脏稳态。INO80表达升高时，MEF2A表达下降，JUN、KLF4表达上升，招募INO80到细胞外基质及炎症相关因子上，调控基因表达，诱发心衰。

最后，作者发现干预INO80可以明显抑制压力超负荷诱导的心脏功能恶化。首先构建压力超负荷诱导的小鼠心衰模型，血流动力学检测显示模型构建成功。在小鼠TAC 3W时间点给予小鼠他莫昔芬处理，诱导干预INO80表达。野生型TAC小鼠心功能逐渐下降，左心室扩张，心肌细胞面积增大；而敲除INO80明显改善小鼠心脏功能，减弱心肌纤维化，降低心力衰竭标志物NPPa、NPPb表达。

综上所述，在小鼠和人心力衰竭组织中，染色质重塑复合物INO80表达增加。诱导心肌特异性过表达INO80四天，小鼠心脏收缩功能急剧下降，心体比显著增加，心肌细胞明显肥大，小鼠过早死亡。在已建立的心力衰竭小鼠模型中，条件性干预心肌细胞中INO80的表达可显著保护心脏功能，为心力衰竭的防治提供了新的靶点。通过多组学联合分析，发现染色质开放性和转录网络重塑依赖于INO80表达，其中最显著的是MEF2家族，其靶基因与心脏功能密切相关，这是心力衰竭发病机制的又一重大发现，并有望进行临床转化，为心衰治疗提供新的治疗策略。

中国医学科学院阜外医院深圳医院任宗娜博士后为本文的第一作者，中国医学科学院阜外医院王利教授为本文的通讯作者。该研究项目得到了国家重点研发计划、北京市自然科学基金、国家自然科学基金、深圳市高水平医院建设基金、深圳市基础研究计划、国家高水平医院临床研究基金、中国科学院医学科学创新基金项目等资助。

原文链接：

https://www.ahajournals.org/doi/abs/10.1161/CIRCULATIONAHA.123.065440