01
心肌重编程改善HFpEF小鼠心脏功能和表型
1.1研究模型
Tcf21iCre/Tomato/MGTH2A三转基因小鼠（TTg）、HFpEF小鼠模型（高脂饮食+L-NAME）
1.2实验方法
流式细胞分选（观科研丨图解流式）、qPCR（观科研丨qPCR）、天狼猩红染色（观科研丨图解天狼猩红染色）、免疫荧光染色（观科研丨图解免疫荧光染色）、体重血压检测、超声心动图、心脏压力容积环导管监测、运动耐力实验（跑步机）
1.3研究结果
作者构建了Tcf21iCre/Tomato/MGTH2A三转基因小鼠（MGTH）和Tomato报告基因三转基因（TTg）鼠。该鼠在他莫昔芬处理后心脏成纤维细胞（CF）过表达Mef2c/Gata4/Tbx5/Hand2（MGTH）四种重编程分子，同时表达Tomato报告基因（图1A-B）。HFpEF模型使心脏纤维化显著增加，活化成纤维细胞增加（图1C）。过表达MGTH后，HFpEF鼠在体重、血压、心脏舒张功能以及运动耐力均有改善（图1D-K）。
图1. 心脏重编程改善HFpEF舒张功能
心脏重编程后，HFpEF心脏在重量、心肌细胞横截面积、纤维化面积和微血管密度均有改善（图2A-H）。其中约1%的Tomato+细胞表达了心肌marker α-actinin，提示心肌重编程诱导HFpEF成纤维细胞向心肌转换（图2I-J）。
图2.心脏重编程改善HFpEF心脏病理表型并产生诱导型心肌细胞
02
HFpEF心脏重编程的转录组特征
2.1研究模型
HFpEF模型、TTg心脏重编程鼠
2.2实验方法
Bulk转录组（观科研丨bulk转录组学）、单细胞转录组（观科研丨单细胞）、空间转录组
2.3研究结果
作者首先对正常饮食对照组、HFpEF对照组和TTg-HFpEF组进行bulk转录组测序，发现HFpEF对照组中纤维化和炎症相关基因表达上调、心脏功能相关基因下调，这些基因在TTg-HFpEF组恢复，qPCR验证了以上基因表达变化（图3A-C）。
图3.心脏重编程改变HFpEF转录特征
图4. 心脏重编程抑制HFpEF多种CF促纤维化转录
随后，作者进行了空间转录组分析来寻找各亚群CF的定位和功能。在CF1-4富集的Col3a1和Sparc在Ctrl-HFpEF中弥散性上调，而在CF5富集的Postn和Ccn2局灶性上调（图5A-B）。将各亚群marker基因表达映射到空转数据后（图5C），发现CF1-3主要为弥散性分布，提示主要介导间质纤维化，而CF5-6为局灶性分布，CF4两种分布均存在（图5D）。Ctrl-HFpEF心脏中，CF4-6的分布与天狼猩红染色阳性区域相重合，提示这些亚群主要介导血管周围纤维化，CF5 marker Postn的免疫荧光染色验证了这一结论（图5E-F）。
图5. 空间转录组分析发现CF亚群在间质和血管周围纤维化的作用
03
在CF单一过表达Gata4即可改善HFpEF表型
3.1研究模型
TTg鼠（MGTH）、单一因子转基因鼠（SF-G、M、T、H）
3.2实验方法
成纤维细胞分离、qPCR、荧光细胞分选、超声心动图、活动耐力实验、天狼猩红染色
3.3研究结果
由于HFpEF心脏收缩功能未严重受损，心脏重编程造成的诱导心肌生成可能不是必要的。于是作者将四种重编程因子拆分构建了过表达小鼠，将胚胎成纤维细胞分离并进行促纤维化处理，发现单一过表达Gata4即可显著抑制促纤维化基因表达，Mef2C次之，FACS分析提示单一过表达并不会诱导心肌生成（图6A-C）。接下来，作者构建了他莫昔芬诱导的Gata4（SF-G）和Mef2C（SF-M）过表达小鼠，在体验证两种过表达对HFpEF心脏表型的改善作用。SF-G-HFpEF小鼠在诱导过表达后心脏功能指标显著改善、纤维化面积改善，而SF-M-HFpEF无显著改善（图6D-H）。
图6. Gata4过表达改善HFpEF心脏功能和纤维化
最后，作者对Gata4过表达抗纤维化的机制进行了探究，通过qPCR对先前发现的抗纤维化调节基因Meox1表达进行检测，发现Meox1在HFpEF心脏中表达升高，而心脏重编程和单一Gata4过表达均可以抑制其升高（图7A）。在体外用siMeox1处理TGFβ激活的成年鼠CF细胞可显著抑制其激活标志物Acta2表达（图7B-C），利用仙台病毒过表达Gata4同样可抑制Meox1和Acta2表达，但过表达Gata4同时抑制Meox1却不会进一步抑制Acta2，Gata4过表达通过抑制Meox1抑制成纤维细胞激活，对αSMA的免疫荧光染色进一步验证了这一结论（图7D）。作者在人类成纤维细胞验证了过表达Gata4对促纤维化的抑制作用（图7F-G）。
图7. Gata4过表达通过抑制Meox1减少成纤维细胞激活
研究总结
本研究思路清晰，是学习干湿结合研究范式的优秀文章。本研究的亮点一是充分利用转录组学，将心脏重编程对HFpEF心脏成纤维细胞的改变进行亚群水平的定量、定位分析，进而解析心肌重编程改善HFpEF纤维化的机制；二是化繁为简，利用体外模型，从四种因子中筛选出针对HFpEF治疗有效的关键因子Gata4，提高了后续进行临床转化的应用价值。
参考文献：
写在最后
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图文：往观
审核：定观
编辑：往观
编审：仓观
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