《Nature Cardiovascular Research》：Human adult and pediatric multimodal transcriptomic atlas of progression from pressure-loaded to failing right ventricle
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右心室衰竭（right ventricular failure, RVF）独立预测心力衰竭死亡率，但其病理生理学仍认识不足。研究人员在此呈现人类右心室压力负荷与衰竭的多模态图谱，包括成人批量RNA测序（bulk RNA-seq，n = 142）、单核RNA测序
右心室衰竭（right ventricular failure, RVF）独立预测心力衰竭死亡率，但其病理生理学仍认识不足。研究人员在此呈现人类右心室压力负荷与衰竭的多模态图谱，包括成人批量RNA测序（bulk RNA-seq，n = 142）、单核RNA测序（single-nucleus RNA sequencing, snRNA-seq，n = 11）和Xenium空间转录组学（Xenium spatial transcriptomics，n = 9），以及儿童（n = 14）和小鼠肺动脉环缩术（pulmonary artery banding, PAB）队列。亚聚类沿两阶段轨迹解析出12个谱系中的34个细胞亚型。第1阶段（非衰竭至压力负荷）占bulk和snRNA-seq可检测的大部分转录变化，以驻留巨噬细胞身份丢失、成纤维细胞激活、内皮扩张和组织保护性程序侵蚀为标志。第2阶段（压力负荷至RVF）在bulk RNA-seq中变化很小，但由空间转录组学解析，涉及多谱系纤维化、内皮激活和心肌细胞重激活程序，并在稳定的细胞接触黏附基线上获得细胞外基质（extracellular matrix, ECM；胶原、层粘连蛋白、血小板反应蛋白）信号。线粒体呼吸测定显示成人和小鼠RVF存在呼吸功能障碍，但儿童RVF不存在。心脏微环境的多谱系重塑成为RVF的核心分子程序，值得进一步研究作为可能的疾病修饰靶点。
研究背景与问题：正常右心室（right ventricle, RV）在形态学和胚胎学上不同于左心室（left ventricle, LV），不能将左心病理生理学直接外推至右心。右心室衰竭（right ventricular failure, RVF）独立预测心力衰竭死亡，但其病理生理学认识不足。历史上心脏研究集中于左心室衰竭（left ventricular failure, LVF），已有多种获批治疗，而RVF关注较少。RVF最常见原因是LVF继发压力过载，也可由其他病因引起。无论病因，RV功能障碍均预示不良预后，LVF合并RV功能障碍者死亡风险约增加两倍。LVF治疗进展由靶向肾素?血管紧张素?醛固酮系统（renin?angiotensin?aldosterone system, RAAS）等关键通路驱动，但将这些治疗推广至RV在临床上不成功，神经激素阻断对RVF疗效有限。因此需要探索RVF特异性治疗靶点。现有心脏单核RNA测序（single-nucleus RNA sequencing, snRNA-seq）图谱仍以LV为中心，或仅纳入遗传定义队列中的有限RV，尚未对压力过载RVF进展进行分层，也未在匹配患者组织上整合bulk、单核和空间模态。研究人员开展多平台转录组研究，整合成人非衰竭和衰竭RV的bulk RNA测序（bulk RNA-seq，142例）、snRNA-seq（11例）和Xenium空间转录组学（9个切片），并结合线粒体呼吸测定、流式细胞术和组织学验证；同时比较小鼠肺动脉环缩术（pulmonary artery banding, PAB）模型、儿童单心室RV、LVF和已发表肺动脉高压（pulmonary arterial hypertension, PAH）RV转录组数据集。该研究提出两阶段模型并认为多谱系微环境重塑是RVF核心，发表于《Nature Cardiovascular Research》。
关键技术方法与样本来源：研究人员从Penn Human Heart Tissue Bank收集成人非衰竭器官供者和LVF移植受者的透壁RV样本，按临床指标分层为压力负荷但收缩功能保留（pRV）和RVF；儿童单心室队列来自Colorado（n = 9）和Washington University in St. Louis（n = 5）。主要技术包括bulk RNA-seq（n = 142）、snRNA-seq（n = 11；61,398核）、Xenium空间转录组学（n = 9；625,305细胞；477基因panel）、小鼠PAB模型2周和2个月、儿童snRNA-seq（n = 14）、与已发表PAH RVF bulk数据集比较。分析采用WGCNA/hdWGCNA、伪bulk DESeq2、SpaGE插补、RCTD注释、Proseg重分割、BuildNicheAssay生态位、CellChat空间约束细胞通讯、Oroboros O2K线粒体呼吸测定、流式细胞术及组织学验证。
研究结果：Cohort and multi-platform approach（队列与多平台方法）：研究人员建立成人非衰竭、pRV、RVF三组RV样本，跨bulk、snRNA-seq和Xenium平台，并纳入小鼠PAB、儿童单心室及PAH队列，形成多平台比较框架。Bulk RNA-seq reveals the transcriptomic landscape of RV failure progression（bulk RNA-seq揭示RVF进展转录景观）：主成分分析显示非衰竭与pRV/RVF分离，pRV与RVF难分；差异表达显示非衰竭→pRV变化远多于pRV→RVF；WGCNA 29个模块中氧化磷酸化（oxidative phosphorylation, OXPHOS）模块下降，驻留巨噬细胞模块下降，适应性免疫模块上升；与PAH RVF比较，线粒体下降和干扰素（interferon, IFN）激活共享，补体反应不同。Single-nucleus transcriptomics resolves 34 cell subtypes across 12 lineages（单核转录组学解析12谱系34个细胞亚型）：11例RV snRNA-seq获得61,398核、12个主要谱系和34个亚型；疾病进展中心肌细胞（cardiomyocyte, CM）核减少、内皮细胞（endothelial cell, EC）核扩张；成纤维细胞（fibroblast, FB）转录反应最强；伪bulk鉴定各亚型差异基因。Spatial transcriptomics extends and validates single-nucleus findings（空间转录组学延伸并验证单核发现）：9个RV切片Xenium获得625,305细胞，注释与snRNA-seq一致，跨平台log
2FC一致；SpaGE插补解析58个Xenium亚型；14个生态位，丰度变化受n = 3限制。A two-phase trajectory of RV failure progression（RVF进展的两阶段轨迹）：研究人员提出两阶段模型：非衰竭→pRV为第1阶段，pRV→RVF为第2阶段；跨平台整合显示第1阶段差异基因数远多于第2阶段。Phase 1 is multi-lineage and cross-platform concordant（第1阶段为多谱系且跨平台一致）：非CM谱系糖皮质激素受体（glucocorticoid receptor, GR）转激活相关基因FKBP5、ZBTB16、KLF9下降；CM中MYH6、MLIP下降，胎儿基因重激活，线粒体基因及PGC-1α/ERRα下降；髓系稳态受体下降，cDC标志上升；FB中TGFBR3下降并激活；EC保护程序下降，I型IFN反应上升；壁细胞血管保护基因下降。Phase 2 is focal and cell type specific, not platform driven（第2阶段为灶性、细胞类型特异而非平台驱动）：第2阶段信号灶性且细胞类型特异：CM中BMP/TGFβ信号（BMPR2、BMPR1A、FSTL3、BAMBI）上调；EC中内皮?间充质转化/血管生成失稳（SNAI1、ADAMTS1、ANGPT2）上调；CCR2
?巨噬细胞重塑渐变；CM OXPHOS模块下降，髓系炎症模块上升。Spatially constrained cell?cell communication reveals stage-specific signaling（空间约束细胞通讯揭示阶段特异信号）：CellChat显示接触介导黏附为稳定基线；RVF特异获得细胞外基质（ECM）信号，包括COLLAGEN、LAMININ、THBS。Cardiomyocytes demonstrate mitochondrial dysfunction in RV failure（心肌细胞在RVF中显示线粒体功能障碍）：10个CM亚型，胎儿/发育/牵张应激亚型扩张；HMGCS2抑制，MYH6下降，MLIP丢失，STAT2/ISG诱导；线粒体模块和ERRα/PGC-1α抑制；呼吸测定显示成人和小鼠RVF最大OXPHOS下降，儿童不显著。Fibroblasts activate early in RV failure（成纤维细胞在RVF中早期激活）：7个FB亚型；第1阶段TGFBR3、GPX3、ELN、TIMP3下降，THBS4、ACTA2、SFRP4上升；RVF vs pRV谱系水平无显著纤维化差异表达基因；Xenium亚型显示第2阶段灶性THBS4、TNC、PRG4；组织学纤维化增加。Mural cells lose vasoprotective programs in RV failure（壁细胞在RVF中失去血管保护程序）：壁细胞亚聚类区分周细胞和平滑肌细胞；周细胞第1阶段失去血管保护、代谢、抗蛋白酶、抗炎、抗氧化程序，TGFBR3和HIF3A下降；谱系水平无显著第2阶段，亚型有即早基因/AP-1应激和部分收缩逆转。The immune compartment remodels in RV failure with resident macrophage identity loss and cumulative inflammatory transition（免疫区室重塑：驻留巨噬细胞身份丢失和累积炎症转变）：髓系6个snRNA亚型，Xenium增加肥大细胞；CCR2
?驻留巨噬细胞最响应；第1阶段VSIG4、CD163丢失；非衰竭→RVF诱导NR4A、CD83和MHC-II；GR靶标FKBP5、TSC22D3、ZBTB16、KLF9下降，CIITA/MHC-II上升；NLRP3和I型IFN不变；与LV扩张型心肌病比较，MHC-II共享，GR丢失和炎症小体缺失为RV特异。ECs suppress anti-oxidant programs and activate in RV failure（EC抑制抗氧化程序并在RVF中激活）：5个EC亚型；EC扩张由毛细血管和动脉EC驱动；hdWGCNA 7模块，ecM1/ecM4/ecM7在RVF上调；第1阶段IL1RL1、GPX3、ACE2、EDN1下降，ISG上升；第2阶段验证血管生成失稳、SNAI1、ACKR1、CA4；NRG1在心内膜EC第1阶段诱导，MECOM在动脉EC趋势上升。A mouse PAB model recapitulates some but not all aspects of human RVF（小鼠PAB模型重现人类RVF部分而非全部）：小鼠PAB snRNA-seq显示EC扩张和CM收缩平行，但EC扩张以动脉为主；髓系MHC-II在PAB中被抑制而非人类诱导，GR靶标无抑制；CM线粒体转录抑制方向一致但幅度较小；呼吸能力下降；脂肪酸氧化和失败/胎儿程序跨物种一致，糖皮质激素轴分歧。Pediatric RVF shows similar transcriptional responses as adult RVF（儿童RVF显示与成人RVF相似的转录反应）：儿童左心发育不良综合征姑息RV显示细胞群体、EC扩张和CM收缩与成人相似；跨年龄模块和全局RVF变化相关；但CM线粒体模块不明显，线粒体转录轻微非显著下降，呼吸无显著缺陷；髓系MHC-II诱导，GR转激活未下降；EC扩张以静脉为主，MECOM降低；健康儿童与成人非衰竭RV存在发育基线差异。RVF and LVF share core transcriptional programs（RVF和LVF共享核心转录程序）：利用Koenig et al. LV snRNA-seq，RV模块在LV保守；M2诱导，M10/M25/M26/M28抑制，CM倍数变化相关；RV炎症巨噬细胞独特保留TLF驻留标志；核心心衰程序（线粒体抑制、炎症激活、肌成纤维细胞激活）在RVF和LVF共享。
讨论总结：研究人员整合bulk、snRNA-seq和空间转录组与线粒体呼吸测定、流式细胞术和组织学，构建RVF多谱系图谱并提出两阶段模型。第1阶段占平台解析差异基因约95%，表现为组织保护程序侵蚀、驻留巨噬细胞身份丢失、成纤维细胞激活、内皮扩张和抗氧化抑制；第2阶段为谱系特异质变，包括CM氧化应激、EC ANGPT2/ADAMTS1诱导和FB基质细胞激活。儿童单心室RV抵抗成人和小鼠压力过载中的线粒体衰竭。iMac具有即早基因程序，在snRNA-seq和Xenium中均见，提示RV特异性髓系组织。GR信号扰动限于转录状态，需要功能验证。内皮扩张可能反映RV血流动力学适应。小鼠PAB较好重现代谢和结构程序，但对免疫和糖皮质激素通路需谨慎。与既往研究比较，RVF与LVF共享核心程序，但RV有糖皮质激素轴丢失和炎症小体诱导减少等分歧。治疗启示包括抗纤维化（TGFBR3）、免疫调节和线粒体功能支持。局限：snRNA-seq n = 11，Xenium n = 3/组，477基因panel，第2阶段信号定量有限，需靶向功能验证。研究结论翻译：“多谱系心脏微环境重塑成为RVF的核心分子程序，值得进一步研究作为可能的疾病修饰靶点。”以及“因此，核心心衰程序（线粒体抑制、炎症激活和肌成纤维细胞激活）在RVF和LVF之间共享。”
