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扩张型心肌病（DCM）相关心力衰竭（HF）临床治疗困难，其表观遗传机制不明。研究人员对 DCM - HF 患者心房组织进行 RNA 测序（RNA - seq）和全基因组亚硫酸氢盐测序（WGBS），找到 46 个关键基因，为诊疗提供新思路。
在医学领域，扩张型心肌病（Dilated Cardiomyopathy，DCM）如同隐藏在心脏中的 “定时炸弹”，是导致心力衰竭的常见原因之一。它会让左心室不断扩张，心脏的收缩功能逐渐受损，严重威胁着患者的生命健康。尽管医学和外科治疗手段在不断进步，但 DCM 相关心力衰竭（DCM - associated Heart Failure，DCM - HF）背后的分子机制却依旧迷雾重重。
DNA 甲基化作为一种重要的表观遗传修饰，就像是基因表达的 “微调器”，它在 DNA 的胞嘧啶碱基上添加甲基（CH3）基团，主要发生在胞嘧啶 - 鸟嘌呤二核苷酸（CpGs）中，能够动态地调节基因表达。而且，它还具有潜在的可逆性，会随着生物和环境因素的变化而改变，这使得它在预测疾病风险和预后方面极具价值，在癌症、肥胖、衰老等多种疾病研究中都备受关注。近年来，越来越多的证据表明，DNA 甲基化的变化与心血管疾病（Cardiovascular Diseases，CVDs）的发生发展紧密相关，比如先天性心脏病、高血压、心肌梗死、中风以及 DCM 等。然而，在 DCM - HF 中，DNA 甲基化与基因表达之间究竟存在怎样的相互作用，仍然是一个未解之谜。
为了揭开这个谜团，来自河南省人民医院、河南大学人民医院、郑州大学等研究机构的研究人员开展了一项重要研究。他们的研究成果发表在《Clinical Epigenetics》上，为深入理解 DCM - HF 的发病机制带来了新的曙光。
研究人员主要运用了 RNA 测序（RNA - seq）和全基因组亚硫酸氢盐测序（WGBS）这两种关键技术。他们从郑州第七人民医院心脏移植中心收集了 5 名健康供体和 5 名因 DCM 导致心力衰竭而接受心脏移植患者的心房组织样本。通过 RNA - seq 分析 mRNA 表达谱，利用 WGBS 评估 DNA 甲基化水平，再将差异表达基因（Differentially Expressed Genes，DEGs）与启动子区域差异甲基化区域（Differentially Methylated Regions，DMRs）相关基因进行整合分析。
研究结果如下：
- 基因表达谱变化：RNA - seq 分析发现，DCM - HF 组织中共有 681 个 DEGs，其中 406 个基因显著下调，275 个基因上调。这些 DEGs 在心肌病相关通路中显著富集。进一步分析发现，上调的 DEGs 主要与心脏发育、分化、结构完整性和收缩功能有关，而下调的 DEGs 则与免疫细胞的增殖、激活和相互作用以及炎症通路相关。通过构建蛋白 - 蛋白相互作用网络和疾病 - 基因关联分析，确定了 12 个与多种心血管疾病相关的关键基因，这些基因在患者心脏中的表达明显升高。
- DNA 甲基化景观改变：WGBS 结果显示，患者组的平均 DNA 甲基化水平低于供体组。在不同的基因组功能区域，DNA 甲基化水平呈现出不同的变化趋势。启动子区域的 DNA 甲基化水平升高，而 5’非翻译区（5’ UTR）和 3’非翻译区（3’ UTR）的甲基化水平降低。基因体的甲基化水平变化不大，但转录起始位点（TSS）上游 2 kb 和转录终止位点（TES）下游 2 kb 的甲基化水平有所增加。研究共鉴定出 23,015 个 DMRs，包括 16,158 个低甲基化 DMRs 和 6,857 个高甲基化 DMRs，这些 DMRs 涉及 3,630 个基因，且分布在所有染色体上。GO - BP 和 KEGG 富集分析表明，DMR 相关基因（DMGs）主要影响与心脏发育和功能相关的生物学过程，以及肥厚型心肌病、扩张型心肌病、细胞黏附等疾病和 TGF - β 等信号通路。
- 关键基因的确定：综合分析启动子区域 DMRs 相关基因和 DEGs，研究人员发现了 46 个与心脏发育和功能相关的关键基因。进一步通过蛋白 - 蛋白相互作用和功能富集分析，确定了 5 个关键基因：NPPA、NPPB、ACTN2、NEBL 和 MYO18B。这 5 个基因启动子区域呈现低甲基化状态，且表达增加，可能与转录因子 HIF1A 和 KLF4 的活性有关。
- 关键基因的验证：研究人员利用人类心脏单细胞在线分析工具和定量实时 PCR（RT - qPCR）对这 5 个关键基因进行验证，结果表明它们主要在心肌细胞中表达，患者组启动子区域 CpG 位点的甲基化水平显著低于供体组，相应的 mRNA 表达水平则显著高于供体组。通过转录因子富集分析，确定了 PROX1、MXI1、KLF4 和 HIF1A 等可能影响基因表达的转录因子。
在讨论部分，研究人员指出，多组学分析为深入了解 DCM - HF 提供了全面的视角。转录组分析发现的 DEGs 与 DCM 和免疫状态相关，而 DNA 甲基化研究中的 DMGs 则涉及多种与 DCM - HF 相关的生物学过程和信号通路。关键基因 NPPA、NPPB、ACTN2、NEBL 和 MYO18B 的异常甲基化和表达变化，揭示了表观遗传失调在心脏应激反应和结构重塑中的重要作用，为 DCM - HF 的发病机制提供了新的见解。此外，研究还存在一些局限性，如样本为心房组织而非主要发病的心室组织、样本量较小、无法确定因果关系以及缺乏纵向分析等。
总的来说，这项研究整合了 DNA 甲基化和 RNA 测序技术，深入探讨了 DCM - HF 中表观遗传和转录组的变化，明确了启动子甲基化在调节心脏应激反应和结构基因方面的关键作用，为理解心力衰竭的发病机制提供了重要依据，也为开发新的诊断工具和治疗策略指明了方向。未来的研究需要进一步对这些表观遗传驱动因素进行功能验证，并推动其向临床应用转化，以更好地应对 DCM - HF 这一严峻的临床挑战。
