单细胞转录组揭示心脏纤维细胞与血管生成的关系：ANGPTL4在HFpEF中的关键作用

背景介绍

心力衰竭是当今全球范围内健康领域的重大挑战之一。心力衰竭分为射血分数保留型心力衰竭（heart failure with preserved ejection fraction, HFpEF）和射血分数降低型心力衰竭（heart failure with reduced ejection fraction, HFrEF）。HFpEF占所有心力衰竭病例的50%，全球约3200万人受此影响。尽管HFpEF的发病率高、死亡率高，但由于其病理生理机制尚未完全阐明，目前缺乏有效的治疗方法。因此，深入研究HFpEF的细胞异质性及其潜在机制，特别是血管生成障碍在HFpEF中的作用，成为当前研究的重点。

单细胞RNA测序（single-cell RNA sequencing, scRNA-seq）技术的发展为研究复杂的细胞异质性和细胞间通讯提供了前所未有的机会。通过单细胞分辨率，研究人员可以更精确地解析不同细胞类型在疾病中的作用及其相互调控机制。本研究的作者团队利用scRNA-seq技术，首次对HFpEF心脏中的非心肌细胞进行了全面的转录组分析，揭示了心脏纤维细胞（cardiac fibroblasts, CFs）与血管生成之间的潜在联系，并提出了ANGPTL4作为调控这一过程的关键分子。

论文来源

该论文由Guoxing Li、Huilin Zhao、Zhe Cheng、Junjin Liu、Gang Li和Yongzheng Guo共同完成，研究团队来自中国重庆医科大学及其附属医院。论文于2025年发表在《Journal of Advanced Research》期刊上，标题为“Single-cell transcriptomic profiling of heart reveals ANGPTL4 linking fibroblasts and angiogenesis in heart failure with preserved ejection fraction”。doi为10.1016/j.jare.2024.02.006。

研究流程与结果

1. HFpEF小鼠模型的构建与验证

研究团队首先构建了HFpEF小鼠模型，采用高脂饮食联合NOS抑制剂L-NAME诱导方法。8周龄的雄性C57BL/6N小鼠被分为HFpEF组和对照组，HFpEF组接受高脂饮食和L-NAME处理，对照组则正常饮食。通过超声心动图和多普勒成像评估小鼠的射血分数和舒张功能，结果显示HFpEF组小鼠在射血分数正常的情况下表现出舒张功能受损和运动耐受性降低，成功模拟了HFpEF的病理特征。

2. 单细胞RNA测序样本的制备与分析

从HFpEF组和对照组中各选取3只小鼠，分离心脏组织并进行酶消化，获得单细胞悬液。非心肌细胞被保留用于后续分析。利用10x Genomics的Chromium单细胞50 v2试剂盒制备单细胞RNA文库，使用CellRanger进行数据对齐和表达矩阵的生成。Seurat包用于数据整合、质量控制、降维、聚类和差异表达基因的识别。Monocle 2用于构建细胞的伪时间轨迹，进一步分析细胞分化和转录动态。

3. 单细胞数据解析与细胞亚群鉴定

通过对6个心脏样本的scRNA-seq数据分析，研究团队共获得了53,040个细胞。基于每个细胞系的特异性标记基因，鉴定了10种细胞类型，包括心脏纤维细胞（CFs）、巨噬细胞（macrophages, Macs）、平滑肌细胞（smooth muscle cells, SMCs）、内皮细胞（endothelial cells, ECs）等。在HFpEF组中，血管相关细胞系（如动脉内皮细胞aECs、静脉内皮细胞vECs）的比例显著下调，而平滑肌细胞和免疫相关细胞系的比例增加，表明HFpEF小鼠存在明显的血管生成障碍和炎症反应。

4. 心脏纤维细胞的分化与功能分析

研究团队进一步对心脏纤维细胞进行了亚群分析，将其分为7个亚群，包括高抗纤维化的WIF1+ CFs、高纤维化的CILP+ CFs、高代谢的TXNIP+ CFs等。在HFpEF组中，CILP+ CFs和TXNIP+ CFs的比例显著增加，表明这些纤维细胞在HFpEF中表现出更高的纤维化和代谢活性。通过伪时间轨迹分析，研究团队发现CFs在分化过程中逐渐向高纤维化和高代谢表型转变，进一步验证了CFs在HFpEF病理进展中的重要作用。

5. 血管生成障碍的验证与分子机制

通过bulk RNA测序和免疫组化分析，研究团队发现HFpEF组中多种促血管生成因子的表达显著下调，血管密度降低。进一步的研究揭示了CFs通过分泌ANGPTL4与ECs进行交互作用，ANGPTL4通过抑制RAF/MEK/ERK信号通路发挥抗血管生成功能。在HFpEF组中，ANGPTL4的表达显著上调，表明其可能在HFpEF中通过抑制血管生成加剧了病理进展。

研究结论

本研究首次通过单细胞RNA测序技术揭示了HFpEF心脏中非心肌细胞的转录组特征，阐明了心脏纤维细胞在HFpEF中的关键作用。研究发现，HFpEF心脏中的纤维细胞通过分泌ANGPTL4与内皮细胞交互，抑制血管生成，进而导致心脏微血管稀疏化。此外，研究还指出，高脂饮食诱导的代谢重编程可能是HFpEF中细胞分化和功能改变的重要驱动因素。这些发现为HFpEF的病理机制提供了新的见解，也提示了ANGPTL4作为潜在治疗靶点的可能性。

研究亮点

1. 首次全面解析HFpEF心脏的单细胞转录组：通过scRNA-seq技术，研究团队首次对HFpEF心脏中的非心肌细胞进行了系统性分析，揭示了细胞异质性及其在HFpEF中的病理作用。
2. 心脏纤维细胞在HFpEF中的关键作用：研究发现，HFpEF心脏中的纤维细胞通过分泌ANGPTL4与内皮细胞交互，抑制血管生成，这为HFpEF的病理机制提供了新的视角。
3. ANGPTL4作为潜在治疗靶点：研究通过机器学习工具DrugnomeAI预测了ANGPTL4的成药性，表明其可能成为HFpEF治疗的新靶点。

研究意义

本研究不仅为HFpEF的病理机制提供了新的理论依据，也为开发针对ANGPTL4的治疗策略奠定了基础。通过对单细胞数据的深入分析，研究团队揭示了心脏纤维细胞在HFpEF中的多重功能，为未来针对HFpEF的精准医疗提供了重要参考。