2024-06-16

Nature Communication！国自然TOP级热点！单细胞+巨噬细胞+表观遗传驱动，复旦大学团队，这设计思路拉满了呀！

馆长生信果 2024-04-06 19:00:25

转自公众号：生信图书馆
http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzkzNjQ2NzE3Mg==&mid=2247493855&idx=1&sn=be5e0c3847c41b60cd2c90964a35e236

“巨噬细胞”，“表观遗传”一直是近几年申请国自然方向中top级别的热点，中标数量居高不下。这不今天，馆长给大家带来了刚刚在今年3月发表的由复旦大学Lu Wei团队在Nature Communication发表的一篇关于m6a表观遗传修饰驱动下的关于心脏巨噬细胞调节心脏纤维化的文章。此篇文章，实验设计严丝合缝、逻辑缜密，复杂度和创新度也做到了兼顾：

1.单细胞RNA测序的应用：本研究通过使用单细胞RNA测序（scRNA-seq）技术，深入分析了心脏巨噬细胞在高血压条件下的异质性和动态变化。这种高分辨率的细胞表型分析技术为理解心脏巨噬细胞的复杂性和功能多样性提供了新的视角。

2.多学科整合的研究方法：研究结合了降维分析、聚类分析等先进的生物信息学方法以及分子生物学和遗传学等多学科工具和方法，识别和分类了心脏中不同的细胞群体，进而揭示了巨噬细胞向肌成纤维细胞转化的生物学过程，展示了多学科融合研究在复杂生物数据解析中的应用价值。

3.揭示心脏巨噬细胞的新功能：本研究发现了心脏巨噬细胞在心脏纤维化中的新角色，特别是它们通过ALKBH5介导的m6A修饰参与了肌成纤维细胞的转化过程。这一发现为心脏纤维化的细胞机制研究提供了新的视角。

4.阐明心脏纤维化的分子机制：通过研究ALKBH5在心脏巨噬细胞中的作用，揭示了心脏纤维化过程中m6A修饰对IL-11 mRNA稳定性和表达的影响，为心脏纤维化的分子调控机制增添了新的层次。

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l题目：ALKBH5介导的IL-11 的m6A修饰驱动小鼠巨噬细胞向肌成纤维细胞转化和病理性心脏纤维化

l杂志：Nature Communication

l影响因子：IF=16.6

l发表时间：2024年3月5日

研究背景

该研究背景主要集中在探索心脏巨噬细胞在心脏纤维化过程中的角色及其调节机制上。心力衰竭，特别是以病理性心脏纤维化和肥大为特征的类型，是全球发病率和死亡率的一个重要原因。心脏纤维化是一个复杂的生物过程，其特征是成纤维细胞活化并分化为肌成纤维细胞，导致过量的细胞外基质沉积。研究显示，促炎状态是心脏纤维化病理生理学的主要决定因素之一，而心脏巨噬细胞则在这一过程中起着关键作用。

数据来源

数据类型	详细信息
scRNA-seq	来自血管紧张素II (Ang II) 处理的C57BL/6小鼠心脏的非心肌细胞

研究思路

在这项研究中，作者采用了一系列综合方法来探索心脏巨噬细胞在心脏纤维化中的角色及其调控机制。首先，通过单细胞RNA测序技术，从血管紧张素II处理的小鼠心脏中分离单个细胞，分析其基因表达，以识别不同细胞群体并探索巨噬细胞的功能。利用特定的基因标记系统对心脏巨噬细胞的来源进行谱系追踪，结合异种共生实验，进一步验证了心脏巨噬细胞向肌成纤维细胞的转化。通过基因编辑技术敲除心脏巨噬细胞中的ALKBH5基因，研究了其对心脏纤维化和功能的影响，揭示了ALKBH5在心脏巨噬细胞转化和心脏纤维化中的关键作用。RNA免疫沉淀测序进一步鉴定了ALKBH5的直接靶标，白介素-11 (IL-11) mRNA，并通过m6A点印迹技术和蛋白质水平的测定，揭示了ALKBH5通过m6A修饰调控IL-11表达的机制。最后，通过心功能和纤维化评估，包括超声心动图和Masson三色染色，系统地分析了ALKBH5敲除对心脏纤维化和功能障碍的影响。

主要结果

1.单细胞RNA测序（scRNA-seq）和降维分析

作者首先使用单细胞RNA测序技术分析血管紧张素II (Ang II) 处理的C57BL/6小鼠中分离心脏的非心肌细胞，并进行了基因表达分析。接着，通过UMAP（均匀流形近似和投影）降维分析，识别出了包括巨噬细胞和肌成纤维细胞在内的不同细胞群体。直观地显示了一小部分循环单核细胞源的巨噬细胞转化为肌成纤维细胞的迹象，表明它们可能发生了转化。这也间接展示了高血压增加巨噬细胞-肌成纤维细胞转化（MMT）的证据。

图一

2.谱系追踪和异种共生实验

作者利用Cre/LoxP系统在特定的转基因小鼠模型中标记巨噬细胞，并通过异种共生实验来跟踪巨噬细胞的来源和命运。通过分析ALKBH5在巨噬细胞中的表达和功能，揭示了ALKBH5上调参与高血压诱导的心脏MMT。特别是，ALKBH5在肌成纤维细胞样的巨噬细胞中表达增加，并且巨噬细胞中m6A甲基化水平在Ang II处理后显著降低，提示ALKBH5通过调节m6A修饰影响MMT。图二展示了心脏巨噬细胞从循环单核细胞转化为肌成纤维细胞的过程，直观地通过流式细胞术和免疫荧光染色验证了这一转化。

图二

3.ALKBH5功能分析

在这一环节，作者通过基因敲除技术特异性移除巨噬细胞中的ALKBH5，并采用心脏功能测量技术（如超声心动图）评估影响。这两张图进一步验证了ALKBH5在巨噬细胞-肌成纤维细胞转化和心脏纤维化中的作用。通过构建ALKBH5基因敲除的小鼠模型，发现ALKBH5的缺失减少了Ang II引起的心脏纤维化和功能障碍，证明了ALKBH5在心脏巨噬细胞转化和心脏纤维化发展中承担关键角色。

图三

图四

4.RNA免疫沉淀测序（RIP-seq）和m6A点印迹技术

图五展示了作者利用RIP-seq识别ALKBH5直接作用的RNA靶标，m6A点印迹技术评估巨噬细胞中m6A修饰的变化。结果揭示了ALKBH5直接调控m6A对IL-11 mRNA的修饰，通过RNA免疫沉淀测序(RIP-seq)识别了ALKBH5的直接靶标之一为IL-11 mRNA。ALKBH5介导的m6A去甲基化影响了IL-11 mRNA的稳定性和表达，直接链接了ALKBH5的生物学功能与心脏巨噬细胞的转化。

图五

5.IL-11过表达和骨髓移植实验

接着，通过骨髓移植实验在循环单核细胞中特异性过表达IL11，作者评估了其对心脏纤维化的影响。通过IL-11过表达和骨髓移植实验，进一步验证了IL-11在ALKBH5介导的心脏纤维化过程中的作用。这些实验显示，IL-11过表达可以逆转ALKBH5缺失引起的心脏功能改善和纤维化减少，强调了IL-11在巨噬细胞转化和心脏纤维化中的重要性，并提供了治疗心脏纤维化的潜在靶标。

图六

6.纳米颗粒介导的siRNA递送

最后，研究团队开发了特定的脂质纳米颗粒（LNPs）载体，靶向递送ALKBH5 siRNA到循环单核细胞/巨噬细胞，以减轻心脏纤维化。最终，成功地将ALKBH5 siRNA递送到目标细胞，减少了Ang II引起的心脏纤维化和功能障碍，这些直观结果支持了通过靶向ALKBH5/IL-11途径治疗心脏纤维化的策略。

图七

文章小结

本研究通过综合运用单细胞RNA测序、谱系追踪、基因编辑技术和功能性分析等多种生物信息学和分子生物学方法，探索了心脏巨噬细胞在心脏纤维化中的作用及其调控机制，特别是揭示了ALKBH5介导的m6A修饰在调控巨噬细胞向肌成纤维细胞转化中的关键作用，以及进一步影响心脏纤维化的过程。该研究不仅揭示了心脏巨噬细胞在心脏纤维化中的重要性，也为心脏纤维化的治疗提供了新的潜在靶点。馆长认为，这项研究大家提供了一系列的研究方法、策略和思路，特别是对于那些对单细胞技术、基因编辑和疾病机制研究感兴趣的小伙伴们来说，具有很高的学习价值哦！不愧能发到16+呢！看到这儿，小伙伴们心里是否已经迫不及待想要学习了呢？看到别的团队佳作不断，你是否也已经想要大展身手了？快快扫码联系馆长，馆长带你走向生信研究飞升路！