Zbtb16通过IGF2BP3介导的m6A mRNA稳定性调控心血管祖细胞命运可塑性的机制研究

本研究针对心血管祖细胞(CPs)亚群异质性与命运决定机制不明的关键问题，通过单细胞转录组分析和功能实验揭示了Zbtb16通过结合m6A阅读蛋白IGF2BP3特异性稳定心肌定向亚群(CM-CPs)关键基因转录本，从而调控心血管多谱系分化的分子机制。该发现为先天性心脏病的心室致密化不全等病理过程提供了新的理论依据。

　　

心血管发育过程中，祖细胞的命运决定如同精密编排的交响乐，每个细胞亚群都需要在正确的时间分化成特定的细胞类型。然而，这支交响乐的总指挥是谁？不同乐器组（细胞亚群）如何协调？这些问题一直是发育生物学的核心谜题。同济大学附属第一妇婴医院临床与转化研究中心、上海母胎医学重点实验室的研究团队在《Cell Reports》发表的研究，揭开了这个谜题的关键篇章——他们发现转录因子Zbtb16如同一位经验丰富的指挥家，通过与RNA结合蛋白IGF2BP3的合作，精准调控心血管祖细胞向心肌细胞分化的命运抉择。

研究人员运用单细胞转录组测序、CRISPR-Cas9基因编辑、RNA免疫共沉淀测序(RIP-seq)等技术，结合条件性基因敲除小鼠模型，系统解析了Zbtb16在心血管发育中的调控机制。

scRNA-seq揭示异质性心血管祖细胞亚群的命运可塑性

通过单细胞转录组分析发现，多能干细胞分化过程中存在三个主要心血管祖细胞亚群：早期祖细胞(Early-CPs)、内皮/成纤维细胞定向祖细胞(EC/CF-CPs)和心肌细胞定向祖细胞(CM-CPs)。伪时间轨迹分析显示Early-CPs具有向EC/CF-CPs或CM-CPs分化的双向潜能，这种命运可塑性决定了最终心血管细胞类型的组成比例。

Zbtb16缺失导致Early-CPs向EC/CF-CPs的异常分化

基因表达聚类分析锁定Zbtb16是CP阶段特异性高表达的锌指蛋白家族成员。实验证实Zbtb16缺失不会影响中胚层分化，但会显著抑制CM-CPs特征基因表达，同时促进EC/CF-CPs标志物上调。通过建立可诱导降解的Zbtb16-SMASh细胞系，发现其在MES向CP转变阶段发挥关键作用。单细胞测序显示Zbtb16敲除后CM-CPs比例从42.3%降至11.7%，而EC/CF-CPs从36.5%增至67.8%，证实其是命运抉择的"分子开关"。

Zbtb16与IGF2BP3互作调控m⁶A修饰mRNA的稳定性

质谱分析和免疫共沉淀揭示Zbtb16主要定位于细胞质，并与m⁶A阅读蛋白IGF2BP3形成复合物。RIP-seq显示Zbtb16调控IGF2BP3的结合特异性：在野生型中IGF2BP3富集于CM-CPs特征基因(如Mef2c、Tnnt2)的GG(m⁶A)C motif，而敲除后转向EC/CF-CPs相关基因(如Cdh11、Col6a3)。mRNA稳定性实验证实Zbtb16/IGF2BP3复合物能显著延长CM-CPs特征基因的半衰期。

Mef2c介导Zbtb16/IGF2BP3对心肌分化的调控

机制研究发现，Zbtb16/IGF2BP3通过识别Mef2c mRNA的m⁶A修饰位点维持其稳定性。在Zbtb16敲除细胞中回补Mef2c可挽救心肌分化缺陷，证实其是该通路的关键效应分子。而内皮分化增强可能源于IGF2BP3结合谱重编程导致的血管生成相关基因(如Kdr、Ets1)表达上调。

动物模型验证Zbtb16的生理功能

通过Mef2c启动子驱动的scAAV9在胚胎期特异性敲低Zbtb16，导致E12.5小鼠心脏中心肌标志物下调而内皮标志物上调。新生小鼠呈现心室壁非致密化和心功能减退，模拟了人类心室致密化不全的表型。

这项研究首次阐明了Zbtb16-IGF2BP3-m⁶A轴在心血管祖细胞命运抉择中的核心作用，不仅为理解心脏发育的转录后调控提供了新视角，也为相关先天性心脏病的机制研究和干细胞治疗策略开发奠定了理论基础。特别值得注意的是，该调控机制在人类干细胞模型中同样保守，暗示其在临床转化中的潜在价值。研究揭示的"表观遗传阅读器协同转录因子精确调控细胞命运"的全新模式，可能为其他组织器官发育研究提供范式借鉴。