利用PKP2缺陷人iPSC来源心外膜细胞构建致心律失常性心肌病脂肪纤维化病理模型

《Communications Biology》：Modelling arrhythmogenic cardiomyopathy fattyfibro pathology with PKP2-deficient epicardial cells derived from human iPSCs

本研究针对致心律失常性心肌病（ACM）中心肌脂肪纤维化病理机制不清的问题，通过构建携带PKP2突变的人iPSC来源心外膜细胞模型，发现PKP2缺陷通过增强上皮-间质转化（EMT）、促进脂质积累和纤维化表型，并揭示IGF2-CEBPA/PPARG信号轴在驱动脂肪纤维重塑中的关键作用。该模型为ACM病理研究提供了新工具，并为靶向干预提供了潜在靶点。

　　

心脏的每一次搏动，都离不开心肌细胞间精密如齿轮的衔接结构——桥粒。当桥粒蛋白基因发生突变，心肌逐渐被脂肪和纤维组织替代，便会引发一种隐匿而凶险的疾病：致心律失常性心肌病（Arrhythmogenic Cardiomyopathy, ACM）。患者常因恶性心律失常甚至猝死就诊，而目前对其病理机制的理解仍存在空白。传统动物模型难以模拟人类ACM典型的脂肪纤维化病理特征，限制了靶向治疗策略的开发。

为突破这一瓶颈，美国亚利桑那大学Jared M. Churko团队联合多所研究机构，在《Communications Biology》上发表了最新研究。他们利用携带PKP2（Plakophilin-2）基因突变（如1849C>T或2013delC）的ACM患者来源诱导多能干细胞（iPSC），并通过CRISPR/Cas9基因编辑技术构建了同基因校正对照系及PKP2完全敲除（PKP2KO）系，成功分化出心外膜细胞（hPSC-EPCs），系统模拟了ACM中心外膜来源细胞的病理行为。

关键技术方法概述

研究团队从ACM患者及家族成员外周血单核细胞（PBMC）重编程获得iPSC系，利用CRISPR/Cas9进行基因校正或敲除。通过定向分化 protocol 将hPSC诱导为心外膜细胞（hPSC-EPCs），并进一步分化为心外膜来源成纤维细胞（hPSC-EpiCFs）与非心外膜来源成纤维细胞（hPSC-CFs）。核心实验包括免疫荧光/Western blot检测PKP2定位与表达、细胞迁移实验、尼罗红染色定量脂质积累、RNA测序（RNA-seq）及qPCR验证关键基因表达。人心脏组织样本来源于临床生物样本库。

研究结果

1. 成功构建ACM及PKP2缺陷hPSC-EPCs模型

ACM突变及PKP2KO细胞中PKP2蛋白表达显著降低或缺失，且细胞定位异常，证实模型可模拟ACM中桥粒功能障碍。

2. PKP2缺陷增强心外膜细胞EMT特性与迁移能力

突变细胞E-钙黏蛋白（CDH1）表达下降、N-钙黏蛋白（CDH2）上升，细胞迁移速度加快，提示PKP2缺失促进EMT进程。

3. PKP2缺陷促进脂质积累与成纤维化表型

尼罗红染色显示突变细胞在成脂诱导下脂质积累显著增加，且成脂关键转录因子CEBPA和PPARG表达上调。心外膜来源成纤维细胞（EpiCFs）比非心外膜来源成纤维细胞（CFs）表现出更强的纤维化标记物（COL1A1、PDGFRA）表达和脂质蓄积倾向。

4. 转录组学揭示信号通路异常

RNA-seq分析发现ACM心外膜细胞中Wnt通路、干扰素信号、Rho GTP酶通路紊乱，IGF2（胰岛素样生长因子2）和CEBPA显著上调。 motif 分析提示TEAD（Hippo通路）和FOX家族转录因子可能参与调控。

5. IGF2信号驱动脂肪纤维化重塑

ACM患者心脏组织中IGF2、PPARG、CEBPA表达升高。外源性IGF2处理可增强对照组和PKP2KO细胞中CEBPA和PPARG表达，而IGF-1R抑制剂GSK1904529A能抑制对照组细胞的成脂基因表达和脂质积累，但对PKP2KO细胞效果不显著，提示PKP2缺失可能改变细胞对IGF信号的依赖性。

结论与意义

本研究首次利用人iPSC来源心外膜细胞模型，系统揭示了PKP2缺陷通过激活EMT、促进脂质代谢重编程和纤维化表型，驱动ACM脂肪纤维化病理进程。IGF2-CEBPA/PPARG信号轴被识别为关键调控通路，为ACM的机制研究和治疗靶点开发提供了新方向。该模型克服了动物模型的局限性，强调了心外膜在ACM病理中的核心作用，未来通过心脏类器官等复杂体系验证IGF通路干预策略，有望为逆转ACM心肌重塑开辟新途径。