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医学科研新动向
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Chromatin remodelling drives immune cell–fibroblast communication in heart failure
Nature
<2024年10月23日>
研
究
背
景
研究设计
本研究通过体内和体外实验方法，结合高通量测序技术，深入探讨了BRD4在Cx3cr1+巨噬细胞中的条件性敲除对心脏纤维化和心力衰竭的影响。以下是研究的主要方法：
1. 小鼠模型的建立
采用TAC（主动脉缩窄）手术诱导压力过载引发的心力衰竭小鼠模型。
使用Cx3cr1creERT2; Brd4flox/flox小鼠模型，通过注射他莫昔芬实现Cx3cr1+巨噬细胞中的BRD4条件性敲除。
2. 药物处理
小鼠在术后接受BET抑制剂JQ1（50 mg/kg，每日注射）的处理，以评估BRD4抑制对心脏功能和纤维化的影响。
3. 心脏功能评估
使用超声心动图评估小鼠心脏功能，特别是左心室射血分数（LVEF），以测量心脏功能的改变。
4. 单细胞RNA测序（scRNA-seq）
提取小鼠心脏中的非心肌细胞，使用10x Genomics平台进行单细胞RNA测序，分析不同细胞类型的基因表达变化。
重点分析Cx3cr1+巨噬细胞与纤维母细胞在压力过载和BRD4敲除条件下的转录组变化。
5. 单细胞染色质可及性测序（scATAC-seq）
使用单细胞ATAC-seq技术评估Cx3cr1+巨噬细胞和纤维母细胞的染色质开放状态，探讨BRD4对染色质可及性的调控作用。
6. CRISPR-Cas9基因编辑
利用CRISPR-Cas9技术靶向敲除Il1b基因上游增强子，验证其在压力条件下的调控功能。
通过定量PCR和荧光素酶报告实验评估这些增强子在Il1b转录激活中的作用。
7. 体外纤维母细胞活化实验
使用人诱导多能干细胞来源的心脏纤维母细胞（iPSC-CFs），模拟体外纤维母细胞的活化过程。
通过TGF-β和IL-1β处理观察纤维母细胞的激活状态，并进行胶原收缩实验评估纤维化功能。
8. 流式细胞术与免疫组织化学
使用流式细胞术对心脏组织中巨噬细胞的数量和表型进行定量分析。
采用免疫组织化学染色检测心脏组织中的纤维化标志物。
9. 体内IL-1β中和实验
小鼠在TAC模型下治疗，评估其对心脏功能和纤维化的改善效果。
核心结果
1. BRD4在Cx3cr1+巨噬细胞中介导心力衰竭进展
图1b显示，JQ1处理有效保护了心脏功能，显著提高了左心室射血分数。 单细胞RNA测序(scRNA-seq)分析（图1c）表明，Cx3cr1+巨噬细胞是表达促炎症因子（如IL-1β）的主要细胞类型。 BRD4的作用通过调节Il1b和Cx3cr1的表达，与心脏功能恶化呈显著负相关（图1g），TAC诱导的这些基因在JQ1抑制后显著下降。 BRD4条件性敲除（图1n）进一步证明其对心脏功能保护的重要性，抑制Cx3cr1+巨噬细胞中的BRD4能显著改善心脏功能并减少纤维化。
2. BRD4驱动Cx3cr1+巨噬细胞中的炎症反应
Il1b和Ccr2等促炎基因在TAC诱导的Cx3cr1+巨噬细胞中高度表达，尤其是在cluster 4中（图2g），与心脏功能恶化显著负相关（图2f）。 BRD4敲除后，炎症相关基因表达显著降低，特别是Il1b（图2i,j），揭示了BRD4通过促进炎症反应驱动心力衰竭的作用。
3. BRD4在Cx3cr1+巨噬细胞中通过非细胞自主途径调控纤维母细胞活化
图3m-n中的染色质可及性分析表明，BRD4敲除不仅减少了这些纤维母细胞基因的表达，还降低了它们的染色质开放性。 BRD4通过在Cx3cr1+巨噬细胞中调控炎症信号，间接影响了纤维母细胞的活化状态。
4. BRD4结合在Il1b增强子上的作用
CRISPR敲除实验（图4m）验证了Il1b上游增强子5和6是压力诱导下的功能性调控元件。删除这些增强子后，Il1b表达显著下降。 BRD4与RELA共同调控这些增强子的转录活性，证明了BRD4在炎症反应中的中心调控作用（图4n）。
5. IL-1β通过MEOX1驱动纤维母细胞纤维化反应
RELA直接结合并激活MEOX1的增强子位点，BRD4和RELA共同调控MEOX1基因的转录（图5e-f）。这种机制揭示了IL-1β通过MEOX1推动纤维化的信号通路。 体内实验表明，通过中和IL-1β，不仅显著降低了纤维母细胞的活化，还改善了心脏功能（图5h-m）。
小
结
BRD4在Cx3cr1+巨噬细胞中驱动心脏纤维化：通过压力过载模型（TAC），研究揭示了BRD4在Cx3cr1+巨噬细胞中的表达促进了心脏纤维化和心力衰竭的进展。BRD4通过上调IL-1β等促炎基因的表达，推动了炎症反应。
BRD4通过非细胞自主途径激活纤维母细胞：尽管BRD4并未直接作用于纤维母细胞，但其在Cx3cr1+巨噬细胞中的作用通过IL-1β信号间接激活了纤维母细胞，增强了纤维化相关基因（如Postn和Meox1）的表达。
染色质重塑机制揭示BRD4在Il1b基因调控中的核心作用：BRD4通过直接结合Il1b基因的上游增强子，调控其在压力条件下的表达。Il1b的表达与心脏功能恶化显著负相关，CRISPR实验进一步验证了这些增强子的关键作用。
IL-1β通过MEOX1信号通路驱动纤维化：IL-1β通过激活纤维母细胞中的MEOX1信号，促进了纤维化反应。IL-1β与TGF-β的协同作用显著增强了纤维母细胞的活化及胶原收缩能力。
IL-1β中和实验改善心脏功能：体内实验显示，阻断IL-1β信号可以显著降低纤维化，并改善心脏功能。这表明IL-1β是心力衰竭和纤维化的重要治疗靶点。
BRD4和IL-1β信号轴为治疗提供新靶点：研究揭示了BRD4通过染色质重塑调控炎症和纤维化的核心机制，IL-1β则通过跨细胞通讯推动纤维母细胞的活化。这一信号轴的干预为心力衰竭的治疗提供了潜在的药物靶点。
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