Tcf21通过Pdgfrb信号通路调控心脏纤维化：揭示转录因子在心肌损伤后成纤维细胞活化中的关键作用

本研究针对心脏纤维化这一心衰主要病理过程，揭示了转录因子Tcf21通过直接调控Pdgfrb-Erk信号通路促进心脏成纤维细胞活化的分子机制。研究人员通过构建诱导性Tcf21敲除小鼠模型，结合RNA-seq和ChIP-seq技术，发现Tcf21缺失可显著抑制细胞增殖和细胞外基质基因表达，并证实其对糖尿病和异丙肾上腺素诱导的心脏纤维化具有保护作用。该研究为靶向干预心脏纤维化提供了新的理论依据和治疗靶点。

　　

心脏作为人体最重要的器官之一，其纤维化病变是多种心脏疾病发展的共同终点。当心肌遭受缺血、代谢异常或压力超负荷等损伤时，原本静息状态的心脏成纤维细胞会激活转化为肌成纤维细胞，大量分泌胶原等细胞外基质，最终导致心脏功能衰竭。尽管已知转化生长因子β（TGF-β）和血小板衍生生长因子（PDGF）等信号通路参与这一过程，但调控成纤维细胞活化的核心转录机制仍不明确。

日本千叶大学医学研究院（Graduate School of Medicine, Chiba University）的研究团队将目光聚焦于碱性螺旋-环-螺旋（bHLH）转录因子Tcf21。该因子在胚胎发育中起关键作用，且全基因组关联研究（GWAS）显示其与冠状动脉疾病风险相关。研究人员通过构建诱导性Tcf21敲除（iTcf21 KO）小鼠模型，结合多组学分析和功能实验，系统阐明了Tcf21在心脏纤维化中的调控机制。研究发现，Tcf21缺失会显著抑制成纤维细胞增殖能力和胶原基因表达，其机制是通过直接结合PDGFRB基因座维持Pdgfrb-Erk信号通路活性。更重要的是，在异丙肾上腺素（ISO）和糖尿病合并高脂饮食（HFD/STZ）两种心脏损伤模型中，Tcf21敲除小鼠均表现出纤维化程度减轻和心功能改善。该成果发表于《Scientific Reports》，为心脏纤维化的精准干预提供了新靶点。

研究主要采用以下关键技术：1）构建胚胎来源的Tcf21敲除成纤维细胞和诱导性全身敲除小鼠模型；2）通过RNA测序（RNA-seq）分析基因表达谱变化；3）染色质免疫共沉淀测序（ChIP-seq）鉴定Tcf21直接靶基因；4）建立ISO注射和HFD/STZ诱导的心脏纤维化模型；5）采用超声心动图评估心功能参数。

【Tcf21促进心脏成纤维细胞通过Erk信号通路增殖并调控细胞外基质表达】

研究发现，与野生型相比，Tcf21敲除的胚胎心脏成纤维细胞增殖能力显著下降，BrdU掺入实验证实其DNA合成活性降低。机制上，Tcf21缺失不影响TGF-β/Smad2通路，但导致PDGF-BB刺激下的Erk1/2磷酸化水平显著降低。RNA-seq分析显示，Col1a1、Col3a1等胶原基因及成纤维细胞活化标志物Postn、Acta2表达下调。

【Tcf21直接调控细胞外基质、Pdgfrb及其他基因表达】

ChIP-seq鉴定出52,562个Tcf21结合峰，主要富集在COL1A1、COL3A1、IL6和PDGFRB基因的转录起始位点（TSS）和增强子区域。motif分析发现Tcf21优先结合CAGCTG E-box序列，并与AP-1等转录因子可能形成复合物。荧光素酶报告基因实验证实Tcf21对Col1a1和Col3a1启动子具有直接激活作用。

【出生后敲除Tcf21无明显表型】

通过ROS26-rtTA/tetO-Cre系统构建的诱导性敲除小鼠在出生后正常发育，心脏形态和功能无显著异常，但肾脏和脾脏重量减轻，肺重量增加，提示Tcf21对器官特异性 postnatal生长具有调控作用。

【ISO诱导的心脏损伤导致Tcf21表达增加】

单次大剂量ISO注射后，心脏Tcf21 mRNA水平随时间显著升高。β-半乳糖苷酶染色显示Tcf21阳性细胞向心内膜侧纤维化区域聚集，并与肌成纤维细胞标志物Postn共定位。Ki67染色证实Tcf21阳性区域细胞增殖活跃。

【Tcf21缺失减轻两种模型的心脏纤维化】

在ISO模型中，iTcf21 KO小鼠的纤维化面积较对照组减少50%以上，心功能指标FS（fractional shortening）得到保护。糖尿病/HFD模型中，野生型小鼠出现明显间质纤维化，而敲除小鼠几乎完全抵抗该表型。原位杂交显示敲除组Colla1、Col3a1和Pdgfrb表达显著下调。

该研究首次系统阐明了Tcf21作为促纤维化转录因子的生物学功能。在分子层面，Tcf21通过直接结合靶基因调控PDGFRB-Erk信号轴和胶原合成；在病理层面，Tcf21缺失可抵抗不同类型心脏损伤引发的纤维化进程。值得注意的是，与多数发育关键基因不同，出生后敲除Tcf21不会引起明显心脏缺陷，这为其作为治疗靶点的安全性提供了依据。

研究还揭示了Tcf21功能的复杂性：在胚胎期促进间质-上皮转化，在肿瘤中抑制上皮-间质转化（EMT），而在心脏纤维化中却促进成纤维细胞活化。这种"环境依赖性"功能可能与不同的结合伴侣或表观遗传调控有关。未来研究可进一步探索Tcf21与AP-1等因子的协同作用机制，以及其在人类心脏疾病中的临床转化价值。该成果不仅为理解器官纤维化提供了新视角，也为开发特异性靶向心脏成纤维细胞的治疗策略奠定了理论基础。