单细胞多组学研究揭示房颤发病机制及潜在治疗靶点

　　

房颤（AF）是最常见的心律失常之一，全球预计有 6,000 万病例，随着人口老龄化，其患病率还会大幅上升。目前，针对房颤的治疗手段有限，且现有治疗方法存在诸多不足，比如药物治疗效果不佳、导管消融有副作用等。

同时，房颤发生时人类心房基因表达调控程序的失调机制也尚未完全明确，细胞类型和转录因子在房颤重塑过程中的作用也不清晰。

在这样的背景下，蒙特利尔心脏研究所、牛津大学等机构的研究人员开展了相关研究，旨在深入了解房颤的发病机制，寻找新的治疗靶点。

研究人员通过整合两个批量细胞 RNA 测序（RNA-seq）数据集和一个独特的房颤单细胞多组学数据集，对持续性房颤患者和窦性心律（SR）对照者的左心耳（LAA）进行研究。

这项研究成果于3月25日发表在《Nature Cardiovascular Research》杂志上。

人类LAA的细胞类型鉴定

研究人员对 4 名持续性房颤患者和 4 名窦性心律对照的 LAA 细胞核进行 10x Genomics snRNA-seq 和 ATAC-seq 分析。经过严格的质量控制，他们获得了 11,986 个细胞核的数据集，并鉴定出 12 种主要的细胞类型。其中，心肌细胞（CM）和成纤维细胞（FB）是最丰富的两种细胞类型，分别占 25% 和 23%。他们通过已知的基因标志物验证了细胞类型身份。

开放染色质景观分析

研究发现大部分 ATAC-seq 峰与 ENCODE 候选顺式调控元件（cCRE）重叠，且具有细胞类型特异性。通过转录因子 motif 活性分析，研究人员确定了一些在心脏中起重要作用的转录因子，如 ESRRG、TBX5 和 TCF21 等。

差异表达基因分析

他们重新分析了两个批量细胞 LAA RNA-seq 数据集，确定了 755 个差异表达基因。结合单细胞数据，他们将这些基因分配到特定的细胞类型。他们发现，LINC01479 和 IFNG-AS1 是心肌细胞中的最强差异表达基因，而 MICAL2 和 PIEZO2 是成纤维细胞中的差异表达基因。

雄激素受体的作用

通过整合批量细胞和单细胞 RNA-seq 数据，研究人员找出了房颤上调和下调的基因表达特征。分析发现雄激素受体（AR）结合基序活性与房颤上调的基因表达特征相关，表明雄激素信号传导和 AR 活性是房颤患者心肌细胞差异基因表达的关键调节因子。

成纤维细胞亚型及 NR4A1 的作用

他们对成纤维细胞进行亚聚类分析，发现了三种 FB 亚型： aFB1（DCN+GSN+）、aFB2（ITGA1+SASH1+）和 aFB3（NR4A1+NAMPT+）。体外实验表明，NR4A1 可调节左心耳成纤维细胞 的关键纤维化反应，促进成纤维细胞激活和细胞外基质（ECM）关键组分的产生，且在男性成纤维细胞中的作用更明显。

总的来说，这项研究通过转录组和功能分析，深入了解了与人类房颤相关的基因、表达模块和细胞群体。研究结果为房颤的长期结构重塑和心律失常基质的形成提供了转录组和机制方面的见解，确定的多个差异表达基因可作为房颤治疗的潜在靶点。

此外，研究还揭示了性别差异在房颤发病机制中的作用，为进一步探索房颤的性别特异性治疗提供了方向。未来需要更大规模的单细胞数据集和体内研究来验证这些发现，为房颤的治疗提供更坚实的理论基础。