《Nature Cardiovascular Research》：A metabolic–epigenetic switch governs multicellular cardiac repair following succinate dehydrogenase inhibition
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成年哺乳动物心脏在心肌梗死（MI）后再生能力有限，其原因是心肌细胞（CM）增殖受限并伴随持续纤维化。研究人员此前证实，用丙二酸（malonate）瞬时药理抑制琥珀酸脱氢酶（SDH）可促进MI后再生。本研究整合单核RNA测序（snRNA-seq）与转座酶可及染色
成年哺乳动物心脏在心肌梗死（MI）后再生能力有限，其原因是心肌细胞（CM）增殖受限并伴随持续纤维化。研究人员此前证实，用丙二酸（malonate）瞬时药理抑制琥珀酸脱氢酶（SDH）可促进MI后再生。本研究整合单核RNA测序（snRNA-seq）与转座酶可及染色质单核测序（snATAC-seq），揭示该反应背后的多细胞转录与表观遗传重编程。细胞特异性Sdhb缺失用于解析SDH抑制贡献：CM特异性Sdhb缺失短暂提升CM增殖却未改善MI后功能；肌成纤维细胞特异性Sdhb缺失抑制其活化与纤维化并改善心功能。SDH抑制促进还原性线粒体代谢，并重塑CM与成纤维细胞中H3K4me3与H3K27me3标记的染色质状态。研究人员整合CUT&RUN、染色质可及性与转录组学，鉴定出连接代谢与表观遗传重编程和再生反应的调控靶点。结果表明SDH是心脏再生的多细胞调节因子，并定义瞬时系统SDH抑制发挥再生效应的不同细胞特异性机制。
研究背景方面，成年哺乳动物心脏在损伤后几乎丧失再生能力，这与出生后心肌细胞永久退出细胞周期、代谢从胎儿糖酵解向成人氧化磷酸化转变，以及染色质景观表观遗传重塑锁定非再生程序密切相关。虽然缺血再灌注领域中SDH抑制已被证明可减少琥珀酸蓄积和线粒体活性氧，且SDH突变在肿瘤中导致Warburg样代谢，但瞬时、MI后、系统性SDH抑制如何跨多种心脏细胞类型驱动转录、代谢与表观遗传程序以促进再生仍不清楚。因此，研究人员假设瞬时SDH抑制可把成年心脏代谢重编程为更具再生能力的状态，并开展本研究。
论文发表在《Nature Cardiovascular Research》。研究人员使用的主要关键技术方法包括：建立成年小鼠MI后盐水或二甲基丙二酸处理模型并进行单核RNA测序与单核ATAC测序整合分析；采用靶向代谢组学分析心肌有机酸与氨基酸；利用透射电镜观察线粒体与肌节超微结构；使用流式分选MEFSK4阳性、ITGA7阴性的心脏成纤维细胞；构建他莫昔芬诱导的αMHC-MerCreMer;Sdhbfl/fl心肌细胞特异性敲除鼠与Postn-MerCreMer;Sdhbfl/fl肌成纤维细胞特异性敲除鼠；并以人诱导多能干细胞来源心肌细胞进行代谢物促增殖验证。
研究结果如下。全球转录与表观遗传分析显示，MI后丙二酸处理使盐水MI组中富集约细胞外基质与促纤维化程序，而丙二酸MI组在CM中富集代谢、染色质重塑与促再生程序，研究人员由此聚焦CM与心脏成纤维细胞两大群体。SDH抑制促进CM促再生转录与表观遗传反应：CM亚群CM3以丙二酸MI为主，上调Ccnd3、Lrrc10、Lifr、Ezh1、Pdk4等，染色质可及性在Ccnd3与Pdk4位点增强，MEF2A/B/C/D与FOXK1/2基序可及性显著富集，说明CM被重编程为生长与再生样状态。SDH抑制抑制MI后成纤维细胞活化并使其转向抗纤维化状态：CF2富集聚于盐水MI并高表达Postn、Fn1、Runx1、Acta2；CF3富集于丙二酸MI，上调Egr1、Notch1、Kdm6b与Kdm7a，染色质可及性变化与转录状态一致，成纤维细胞由活化肌成纤维状态转为修复许可状态。CM特异性Sdhb缺失诱导短暂CM增生：他莫昔芬诱导后2周CM中SDHB耗竭，Ki67、pH3、Aurora B阳性CM显著增加，心脏重量上升，但4周时增殖回基线，且持续敲除最终致生存下降，说明CM内在SDH抑制可触发短暂增殖但长期有害。MI未延长CM特异性Sdhb缺失的增生反应：伤后CM增殖未被进一步放大，心功能无改善，提示持续CM特异性SDH缺失不足以实现功能再生。CM特异性Sdhb缺失诱导CM增殖并减少MI后瘢痕但未恢复功能：持续敲除下BrdU阳性CM增多、瘢痕面积减小、CM横截面积变小，但射血分数与缩短分数进行性恶化，表明单纯CM增殖不够，需多细胞协调。CM特异性Sdhb缺失诱发CM短暂代谢、线粒体与表观遗传重塑：2周时氧化TCA代谢物琥珀酸、延胡索酸、苹果酸下降，还原代谢物脯氨酸、鸟氨酸上升，线粒体变小、嵴减少、肌节紊乱，分离CM中H3K4me3与H3K27me3水平降低；人iPSC-CM实验中丙二酸、琥珀酸、苹果酸促增殖，延胡索酸具毒性，提示代谢-表观-转录轴。肌成纤维细胞特异性Sdhb缺失阻断MI后成纤维细胞活化：Postn-Cre系统中SDHB阳性PDGFRα阳性成纤维细胞由93%降至24%，POSTN、α-SMA、COL3A1表达受抑，瘢痕减少，心功能自1周起改善并维持至4周，显示非心肌细胞群对功能再生有关键贡献。
讨论与结论部分，研究人员指出瞬时系统丙二酸处理引起跨CM、成纤维细胞、内皮细胞等协调的转录、代谢与表观遗传重编程；单一细胞类型Sdhb缺失只能复现部分表型，如CM端短暂增殖或成纤维细胞端抗纤维化，却不能完整复制瞬时系统给药的再生效益。SDH抑制通过还原性线粒体代谢改变染色质修饰物可利用的代谢物环境，重塑H3K4me3与H3K27me3染色质状态，并借由MEF2、FOXK等基序可及性以及Egr1、Notch1、Kdm6b等靶点把代谢信号转译为再生或抗纤维化程序。结论为：SDH是心脏再生的多细胞调节因子；瞬时、多细胞代谢重编程对重塑心脏分子景观至关重要；持续细胞自主SDH缺失有害或不足，而瞬时药理SDH抑制代表一种可同时解除CM增殖壁垒并抑制肌成纤维细胞驱动的纤维化的再生策略。该研究为心梗后心脏再生提供了代谢-表观遗传开关这一机制框架，并提出未来可针对CM与肌成纤维细胞分别设计时序化、细胞类型选择性SDH通路干预。
