单细胞转录组学揭示参附强心丸通过调节心脏细胞异质性改善HFpEF

《Chinese Medicine》：Single-cell transcriptomics reveals how Shenfu Qiangxin pill ameliorates HFpEF by modulating cardiac cellular heterogeneity

　　

背景：保留射血分数的心力衰竭（HFpEF）目前已成为心力衰竭的主要且具有挑战性的亚型，发病率和死亡率高。然而，当前针对HFpEF的治疗策略疗效仍不令人满意。中药复方参附强心丸（SFQX）可改善心力衰竭患者的临床症状，但其对HFpEF的具体机制尚待阐明。本研究旨在探讨SFQX对HFpEF的治疗潜力，并阐明其作用机制。方法：采用超高效液相色谱-四极杆-飞行时间串联质谱（UPLC-Q-TOF-MS/MS）分析鉴定SFQX的主要活性成分。通过高脂饮食和N^ω-硝基-L-精氨酸甲酯盐酸盐（L-NAME）建立HFpEF小鼠模型，以评估SFQX的治疗效果。研究人员采用整合单细胞RNA测序（scRNA-seq）与功能及分子验证的综合方法，表征SFQX诱导的HFpEF心脏细胞组成、细胞状态重塑及组织水平表型变化。结果：研究人员发现SFQX通过协调调节适应不良的心脏细胞亚群发挥抗HFpEF的治疗作用。具体而言，SFQX与致病性免疫细胞极化的重编程、成纤维细胞状态异质性的正常化、内皮细胞代谢适应性的增强以及淋巴内皮稳态的恢复相关。这些多细胞变化伴随着心脏结构和功能的改善、纤维化和炎症的减轻、淋巴引流能力的增强以及心肌水肿的缓解。结论：研究人员的发现突出了SFQX作为多组分制剂，能够在网络水平精确调控HFpEF高度异质性的病理过程。这项工作不仅在传统医学整体原则与现代生物学之间建立了机制联系，也为SFQX在多因素疾病中的疗效提供了新的理论基础。

**论文解读文章**
**研究背景与问题**
保留射血分数的心力衰竭（HFpEF）是当前最常见的难治性心力衰竭亚型，发病率与死亡率居高不下，但现有治疗策略效果有限。HFpEF的病理核心在于其生物学异质性：并非单一通路驱动，而是代谢应激、慢性炎症、微血管功能障碍和细胞外基质（ECM）重塑的协同作用。这些过程由多种心脏细胞群（如心肌细胞、巨噬细胞、成纤维细胞、内皮细胞等）参与执行，且细胞状态和功能程序的深刻改变比单纯细胞组成变化更为关键。失调节的细胞异质性——包括适应不良细胞亚群的扩增和稳态群体的丧失——已成为疾病进展的核心决定因素。然而，药物干预能否治疗性地重塑这种病理细胞异质性仍未知。参附强心丸（SFQX）基于“补气助阳、强心利水”传统理论，用于慢性心力衰竭（CHF）治疗，但具体机制不清。本研究旨在利用单细胞RNA测序（scRNA-seq）结合功能验证，探究SFQX通过调节心脏细胞异质性改善HFpEF的机制。
**研究内容与结论**
研究人员在《Chinese Medicine》发表论文，证实SFQX通过协调重塑免疫、间质和内皮细胞区室的病理细胞异质性，恢复细胞间通讯，从而显著改善HFpEF小鼠模型的心脏结构与功能，包括减轻纤维化、炎症、心肌水肿，增强淋巴引流。该工作为传统中药多组分网络调控复杂疾病提供了单细胞水平机制证据。
**主要技术方法**
本研究采用的关键技术方法包括：1）超高效液相色谱-四极杆-飞行时间串联质谱（UPLC-Q-TOF-MS/MS）鉴定SFQX主要活性成分；2）通过高脂饮食（HFD）联合N^ω-硝基-L-精氨酸甲酯盐酸盐（L-NAME）构建HFpEF小鼠模型（雄性C57BL/6小鼠，来自北京维通利华实验动物技术有限公司）；3）单细胞RNA测序（scRNA-seq，10× Genomics平台，BGI DNBSEQ-T7 PE100测序）结合Seurat、CellChat、Monocle等生物信息学分析；4）功能验证包括超声心动图、尾动脉血压、运动力竭实验、组织学染色（Masson、Sirius Red、WGA）、全组织免疫荧光（LYVE1光片显微镜）、Evans蓝淋巴引流检测、Western blot、qPCR、流式细胞术及LEGENDplex炎症因子检测。
**研究结果**
1. **SFQX的主要活性成分鉴定**：UPLC-Q-TOF-MS/MS分析鉴定出SFQX中110种化合物，包括22种蒽醌、21种生物碱、20种黄酮、13种皂苷和7种酚酸。
2. **SFQX减轻HFpEF小鼠临床表现**：与模型组相比，SFQX降低体重、心脏重量/胫骨长度（HW/TL）比值、肺湿/干重比；改善舒张功能（降低E/A、E/e'），保持左室射血分数（LVEF）不变；降低收缩压和舒张压，增加运动距离，降低心衰标志物ANP和NT-proBNP水平；减轻心脏肥大、心肌细胞排列紊乱和炎症浸润。
3. **SFQX改善心脏代谢应激**：SFQX改善葡萄糖耐量和空腹血糖；逆转糖酵解基因（Glut1、Hk-2、Pfkm、Pfkfb3、Pdk1）的上调，恢复脂肪酸氧化基因（Acsl1、Cpt1a、Cpt2、Acadvl、Hadhb）的表达，提示恢复代谢灵活性。
4. **单细胞图谱揭示SFQX调节细胞组成与通讯**：scRNA-seq鉴定出10种主要心脏细胞类型。SFQX逆转HFpEF引起的细胞比例改变：减少成纤维细胞、巨噬细胞、中性粒细胞比例，增加内皮细胞（尤其是淋巴内皮细胞LEC）比例。CellChat分析显示，SFQX抑制炎性/促纤维化信号通路（SPP1、CD86、TNF、GALECTIN、COLLAGEN、PERIOSTIN），增强稳态信号（ANGPT、NOTCH、ICAM、VCAM、FGF），重建细胞间通讯。
5. **SFQX调节巨噬细胞亚群减轻炎症**：巨噬细胞重聚类为9个亚群。SFQX减少单核细胞来源的促炎巨噬细胞（c01_Mono、c04_Macro_Ccr2），增加组织驻留修复型巨噬细胞（c05_Macro_TLF）。伪时间分析显示SFQX引导巨噬细胞向分支1（驻留样）分化。流式细胞术证实SFQX降低外周血LY6C⁺CCR2⁺细胞比例。SFQX降低血清和心脏促炎细胞因子，增加抗炎细胞因子。
6. **SFQX调节成纤维细胞亚群减轻心脏纤维化**：成纤维细胞重聚类为8个亚群。SFQX降低活化成纤维细胞（c04_FB_Act）和趋化因子分泌成纤维细胞（c03）的比例，下调促纤维化基因（Angptl4、Ccl7、Serpina3n）。生物功能分析显示SFQX调控细胞骨架和细胞黏附系统。组织学验证显示SFQX减少间质和血管周围纤维化，降低Collagen I、Collagen III、α-SMA蛋白表达。
7. **SFQX调节内皮细胞亚群改善血管生成障碍**：内皮细胞重聚类为10个亚群。SFQX增加内皮细胞整体比例，增强多个亚群（c01-c05）的代谢通路活性。Western blot和qPCR证实SFQX上调VEGFA、VEGFR2、Fgf2表达。凝集素灌注显示SFQX增强心脏微血管网络形成。
8. **SFQX恢复淋巴内皮稳态促进淋巴引流**：SFQX增加LEC比例。全心脏LYVE1免疫荧光三维成像显示，HFpEF小鼠淋巴管稀疏、不连续，SFQX治疗后恢复。SFQX提高血清VEGFC水平，上调LEC标志基因（Vegfc、Vegfd、Lyve1、Vegfr3、Pdpn）及蛋白（LYVE1、VEGFR3、PROX1）。Evans蓝实验证实SFQX增强心脏淋巴引流功能，降低心脏湿/干重比，减轻心肌水肿。
**讨论与结论**
**讨论总结**：HFpEF是高度异质性的临床综合征，涉及多种细胞类型失调节。本研究表明SFQX通过协调重塑免疫、间质和内皮细胞区的病理细胞异质性来发挥治疗作用，而非单一靶点。巨噬细胞向稳态表型转变、成纤维细胞状态正常化、内皮细胞代谢适应性增强，特别是淋巴内皮细胞（LEC）的恢复——对应于中医“利水”理论——共同破坏炎症-纤维化-血管功能障碍的正反馈循环。该研究为多组分中药网络级调控复杂疾病提供了单细胞水平证据，但存在局限性：单时间点snapshot、无法区分直接/间接作用、缺乏因果验证（如VEGFR3阻断）、未建立化合物与细胞变化的直接关联。
**研究结论部分翻译**：总之，参附强心丸通过重编程心脏免疫、间质和内皮细胞区室的病理细胞异质性来缓解HFpEF。通过恢复平衡的细胞状态和细胞间稳态，参附强心丸以与传统中医整体治疗特性一致的方式调节病理性的多细胞对话。而非定义单一活性成分，本研究描绘了活性化合物跨心脏细胞群的潜在调控网络。这些发现为参附强心丸的系统水平作用提供了机制见解，并突显了细胞异质性重塑作为复杂心力衰竭治疗策略的前景。