通过批量与单细胞CRISPR筛选鉴定心脏成纤维细胞纤维化转化的表观遗传调控因子

《Nature Communications》：Identification of epigenetic regulators of fibrotic transformation in cardiac fibroblasts through bulk and single-cell CRISPR screens

本研究针对心脏纤维化中肌成纤维细胞分化的表观遗传调控机制不清的问题，通过整合批量与单细胞CRISPR筛选技术，系统鉴定了SRCAP和KAT5等染色质调控因子在心脏成纤维细胞纤维化转化中的关键作用。研究发现这些因子通过调控促纤维化转录因子的活性影响胶原合成和细胞收缩性，证实KAT5抑制剂可缓解人源成纤维细胞的纤维化反应，为抗纤维化治疗提供了新靶点。

　　

心脏纤维化是多种心血管疾病（如心肌梗死、高血压性心脏病等）的共同病理特征，其特征是心脏组织中细胞外基质过度沉积，导致心脏僵硬和功能障碍。这一过程主要由肌成纤维细胞持续活化驱动，这些细胞通常由常驻的心脏成纤维细胞分化而来。尽管调控纤维化转化的信号通路和转录因子已被广泛研究，但染色质因子在肌成纤维细胞分化中的作用及其在病理性心脏纤维化中的贡献仍知之甚少。理解表观遗传调控层面对这一过程的控制，对于开发逆转或阻止纤维化进展的新疗法至关重要。

为了系统揭示心脏成纤维细胞纤维化转化的表观遗传调控机制，研究人员开展了一项整合批量与单细胞CRISPR筛选的研究。主要关键技术包括：1）针对染色质相关基因的CRISPR-Cas9功能丧失筛选（包括批量筛选和单细胞RNA测序结合CRISPR筛选）；2）原代心脏成纤维细胞的体外功能验证（包括胶原合成测定、细胞收缩性测定）；3）染色质可及性分析（如ATAC-seq）以揭示调控机制；4）使用患者来源的人心脏成纤维细胞进行KAT5抑制剂的治疗潜力验证。

研究人员首先通过批量CRISPR筛选在转化生长因子-β（TGF-β）诱导的纤维化模型中系统敲低了大量染色质相关基因，发现染色质重塑复合物成分，如SRCAP（Snf2-related CREBBP activator protein）和KAT5（Lysine acetyltransferase 5），是纤维化状态的强力调控因子。随后的单细胞CRISPR筛选在单细胞分辨率下证实了这些发现，并揭示了SRCAP和KAT5缺失特异性地抑制了肌成纤维细胞标志基因（如Acta2, Col1a1）的表达，而不影响细胞存活。

在功能验证层面，研究人员证实SRCAP和KAT5是心脏成纤维细胞纤维化功能所必需的。具体而言，敲低SRCAP或KAT5显著降低了胶原蛋白的合成和成纤维细胞的收缩能力，这是纤维化的两个核心特征。机制上，通过染色质分析发现，促纤维化的染色质复合物（如SRCAP复合物）通过促进染色质开放，为已知的促纤维化转录因子（如TEAD、SRF）创造了有利的结合环境，从而放大纤维化基因的表达程序。

最后，研究证明了靶向这些表观遗传调控因子的治疗潜力。在患者来源的人心脏成纤维细胞中，使用KAT5抑制剂处理能够有效缓解TGF-β诱导的纤维化反应，显著降低纤维化标志物的表达。

本研究得出结论，染色质重塑因子SRCAP和KAT5是心脏成纤维细胞纤维化转化的关键表观遗传调控因子。它们通过重塑染色质景观，促进促纤维化转录因子的活性，从而驱动纤维化基因表达程序。抑制KAT5能有效缓解人源成纤维细胞的纤维化反应，这为开发针对心脏纤维化及其他器官纤维化疾病的新型表观遗传疗法提供了重要的理论依据和潜在的干预靶点。该研究将筛选技术与机制探索深度融合，深化了对纤维化表观遗传调控的理解。