组织蛋白酶K（CTSK）调控扩张型心肌病心肌纤维化的关键机制及治疗潜力

本研究针对扩张型心肌病（DCM）中心肌纤维化缺乏有效治疗靶点的难题，通过整合加权基因共表达网络分析（WGCNA）、单细胞转录组测序（scRNA-seq）及功能实验，首次揭示组织蛋白酶K（CTSK）在心脏成纤维细胞（HCFs）中特异性高表达，并通过PDGF-BB/ERK1/2通路驱动纤维化进程。研究发现CTSK敲除可显著抑制成纤维细胞增殖，但不影响TGF-β1诱导的肌成纤维细胞转分化，为DCM的精准抗纤维化治疗提供了新靶点。

　　

心脏是人体的"发动机"，但当它因扩张型心肌病（Dilated Cardiomyopathy, DCM）而逐渐扩大、功能衰竭时，这个发动机就会面临"生锈"危机——心肌纤维化。DCM患者中，异常增生的纤维组织取代正常心肌细胞，导致心脏弹性丧失，最终引发心力衰竭。尽管已知心脏成纤维细胞（Human Cardiac Fibroblasts, HCFs）是纤维化的主要"肇事者"，但针对这一过程的特异性治疗靶点仍如"雾里看花"。

华中科技大学同济医学院附属同济医院心血管研究所的Lanlan Ma、Bingjun Lu等研究者决心破解这一难题。他们发现，一种名为组织蛋白酶K（Cathepsin K, CTSK）的蛋白酶在DCM患者心脏成纤维细胞中异常活跃，可能成为阻止心脏"生锈"的关键开关。这项突破性研究发表在《Journal of Biological Chemistry》上，为DCM治疗带来了新希望。

研究团队运用多组学联合作战策略：首先通过加权基因共表达网络分析（WGCNA）筛选DCM相关基因模块，结合蛋白互作网络（PPI）鉴定出82个核心基因；利用单细胞转录组测序（scRNA-seq）锁定CTSK在成纤维细胞的特异性表达；通过Masson染色和免疫荧光证实DCM患者左心室纤维化程度与CTSK表达正相关；最后在体外实验中采用siRNA敲除、CCK8增殖检测等技术验证CTSK的功能机制。

主要研究结果

Overview and preprocessing of GEO数据
分析GSE165303数据集发现DCM患者心脏组织存在1241个差异表达基因（DEGs），包括771个上调基因和470个下调基因，为后续研究奠定基础。

Construction of weighted gene co-expression networks
WGCNA鉴定出9个功能模块，其中黑色、蓝色模块与细胞外基质组织、免疫反应显著相关，提示这些过程在DCM纤维化中的核心地位。

Protein-Protein Interaction (PPI) analysis
蛋白互作网络发现81个连接度>10的枢纽基因，包括CTSK、SFRP4等，这些基因构成DCM纤维化的分子网络骨架。

Fine-mapping analyses of clinical samples
单细胞测序显示CTSK特异性富集于成纤维细胞簇；临床样本验证DCM患者左心室CTSK与胶原蛋白COL1A1共定位，荧光强度较正常组织增加2.3倍。

CTSK is essential for the proliferation of HCFs
PDGF-BB刺激使HCFs中CTSK表达呈剂量依赖性升高，同时激活ERK1/2磷酸化（p-ERK1/2）；CTSK敲除后细胞增殖标记物Ki67表达下降40%，证实其对成纤维细胞增殖的调控作用。

CTSK is essential for the proliferation of HCFs stimulated by PDGF-BB
CCK8实验显示CTSK敲除可阻断PDGF-BB诱导的HCFs增殖，但对α-平滑肌肌动蛋白（α-SMA）表达无影响，表明其作用具有通路选择性。

CTSK knockdown had a limited role in TGF-β1诱导的转分化
TGF-β1处理使CTSK表达降低65%，但CTSK敲除不影响SMAD2磷酸化（p-SMAD2）或COL1A1表达，证明其对肌成纤维细胞转分化过程无调控作用。

这项研究首次系统阐明CTSK通过PDGF-BB/ERK1/2轴特异性调控DCM纤维化进程的分子机制。不同于传统抗纤维化策略的"广谱抑制"，靶向CTSK可精准阻断成纤维细胞增殖而不干扰必要的修复性转分化，这种"精准拆弹"策略为开发新一代抗DCM药物提供了理论依据。研究者特别指出，CTSK抑制剂已用于骨质疏松症临床治疗，其安全性数据将加速该靶点向DCM治疗的转化应用。

未来研究需在动物模型中验证CTSK抑制剂的治疗效果，并探索其与现有抗心力衰竭药物的协同作用。随着心脏单细胞图谱的完善，针对不同纤维化亚型的靶向治疗时代或将到来，这项研究为开启这一时代提供了重要的"钥匙"。