压力负荷下人类心脏的多组学整合研究揭示心力衰竭相关关键靶点

本研究针对主动脉瓣狭窄(AS)引发的心力衰竭(HF)机制，通过整合蛋白质组学、单核转录组学和遗传学方法，系统解析了心脏重构的循环蛋白特征及其与心肌纤维化的关联。研究人员在802例AS患者队列中发现THBS2、IGFBP7等蛋白标志物可预测术后死亡率，并通过UK Biobank(36,668例)验证其与HF发生的相关性。单核RNA测序(snRNA-seq)揭示心肌中WNT9A、CRIM1等基因的差异表达模式，结合TWAS/PWAS分析证实SIRPA、CDON等靶点的因果作用。该研究为HF的早期诊断和靶向治疗提供了新思路，发表于《Nature Communications》。

　　

心脏承受压力负荷时会发生一系列复杂变化，从心肌肥厚到纤维化，最终导致心力衰竭(HF)。尽管动物模型揭示了部分机制，但人类心脏组织的难以获取限制了临床转化。主动脉瓣狭窄(AS)作为典型压力负荷疾病，为研究这一过程提供了独特窗口——患者在接受瓣膜置换术时能获取心肌样本，而此时重构过程往往已不可逆。如何通过可获取的生物标志物来预测HF风险，并揭示其背后的分子机制，成为心血管领域的关键挑战。

Vanderbilt大学医学院的研究团队在《Nature Communications》发表突破性研究，通过多组学整合策略破解这一难题。他们首先在AS患者队列(825例)中建立心脏重构的蛋白质组特征，发现THBS2、IGFBP7等蛋白与心肌纤维化显著相关；进而在UK Biobank大规模人群(36,668例)中验证这些标志物对HF的预测价值。通过单核RNA测序分析20例心肌样本，首次在细胞分辨率水平描绘AS心肌的转录组图谱，发现WNT9A、CRIM1等基因在成纤维细胞中的特异性表达。最后结合转录组/蛋白质组全关联研究(TWAS/PWAS)，从遗传学角度证实SIRPA、CDON等靶点与HF的因果关系。

研究采用四大关键技术：1) 在AS生物标志物研究队列(825例)中使用Olink平台检测979种循环蛋白；2) 爱丁堡心脏中心的CMR队列(145例)评估心肌纤维化(ECV)；3) 对20例心肌样本(11例AS vs 9例对照)进行snRNA-seq；4) 整合GTEx数据库386例左心室转录组数据开展TWAS/PWAS分析。

主要发现如下：
复合蛋白质组特征揭示AS中心肌重构的经典通路
通过主成分分析将12种超声心动图参数归纳为三个表型组分：心室容积(PC1)、收缩功能(PC2)和舒张功能(PC3)。蛋白质组关联分析发现，收缩功能相关蛋白主要涉及纤维化(如基质金属蛋白酶、TGF-β通路)，而舒张功能相关蛋白包括IGFBP7、IGFBP4等已知HF标志物，以及LTBP2、COL4A1等新型基质重塑因子。

心肌纤维化的蛋白质组学验证
在CMR队列中，血栓调节蛋白-2(THBS2)、生长分化因子15(GDF-15)等蛋白与ECV(细胞外容积分数)显著相关，且与6分钟步行距离呈负相关。其中LAYN(层粘连蛋白受体)在循环水平和组织水平均显示与纤维化进程一致的变化。

蛋白质组特征预测HF风险
LASSO回归构建的蛋白质组评分在AS队列中可预测术后死亡率(HR=1.32-1.45)，在UK Biobank中与HF发生率显著相关(HR=1.21)。值得注意的是，舒张功能评分(PC3)的预测效力跨越了从AS到普通人群的HF风险谱。

AS心肌的单核转录组图谱
snRNA-seq揭示AS心肌中内皮细胞比例显著增加(39% vs 23%)。差异表达分析显示，成纤维细胞中WNT9A、ITGA6等促纤维化基因上调，而EREG、PTX3等保护性基因下调。基因富集分析突出显示了细胞代谢-炎症串扰的核心作用，如脂肪酸氧化和TNF信号通路。

遗传学验证关键靶点
通过TWAS/PWAS分析，研究人员发现SIRPA(调节Toll样受体信号)、CDON(WNT/β-catenin通路调控因子)等靶点具有强遗传证据支持其与HF的因果关系。特别值得注意的是，MIF、HEXIM1和ANXA4三个分子在蛋白质组、转录组和遗传学层面均被验证。

这项研究开创性地将循环蛋白质组与心肌转录组、遗传数据进行多维度整合，不仅建立了AS向HF转化的预测模型，更揭示了WNT9A-CRIM1等全新调控轴。其重要意义在于：1) 提供可临床应用的HF风险分层工具；2) 发现心肌细胞-内皮细胞-成纤维细胞的跨细胞对话机制；3) 通过遗传学优先筛选出SIRPA等可干预靶点。该研究范式可推广至其他心血管疾病，为从生物标志物发现到靶点确证的转化研究树立了新标杆。