一文回顧2021年心血管領(lǐng)域組學(xué)研究進展

根據(jù)《中國心血管健康與疾病報告2020》，中國心血管病防治工作面臨著嚴(yán)重挑戰(zhàn)。據(jù)估計，全國心血管疾病患者高達3.30 億，且患病率及死亡率仍處于上升階段，并呈現(xiàn)年輕化。2018年，心血管病死亡率仍居首位，高于腫瘤及其他疾病。鑒于心血管疾病的極大危害性，開展相關(guān)心血管疾病防治的研究，對降低心血管病發(fā)病率、提高患者生活質(zhì)量有著重要意義。今天，中科新生命為大家精心盤點了心血管領(lǐng)域組學(xué)研究進展及2021年高分精選文章簡讀，希望能為大家提供一些科研思路，也祝愿各位老師在2022年再創(chuàng)高峰。

1 蛋白質(zhì)組學(xué)
據(jù)不完全統(tǒng)計，迄今為止，心血管領(lǐng)域涉及蛋白質(zhì)組學(xué)文章，共發(fā)表6106篇，其中IF≥10的文章共671篇；2021年發(fā)表880篇，IF≥10的文章108篇，并且整體呈現(xiàn)出逐年遞增的趨勢，具體如下：

2 代謝組學(xué)
據(jù)不完全統(tǒng)計，迄今為止，心血管領(lǐng)域涉及代謝組學(xué)文章，共發(fā)表2900篇，其中IF≥10的文章共323篇；2021年發(fā)表583篇，IF≥10的文章67篇，并且整體呈現(xiàn)出逐年遞增的趨勢，具體如下：

3 單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組
據(jù)不完全統(tǒng)計，迄今為止，心血管領(lǐng)域涉及單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組文章，共發(fā)表263篇，其中IF≥10的文章共104篇；2021年發(fā)表105篇，IF≥10的文章24篇，值得關(guān)注的是，單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組的研究熱度近兩年持續(xù)升高（2015年之前未統(tǒng)計到相關(guān)文章），具體如下：

精選文獻簡讀
1
文獻名稱：Fat-Secreted Ceramides Regulate Vascular Redox State and Influence Outcomes in Patients With Cardiovascular Disease
發(fā)表期刊：J Am Coll Cardiol（IF=24.094）
組學(xué)技術(shù)：代謝組學(xué)
實驗材料：CABG手術(shù)肥胖和非肥胖患者的胸腔脂肪（ThAT）和皮下脂肪（ScAT）
技術(shù)路線：
· 1 代謝組學(xué)：SPL代謝是肥胖中ThAT分泌組中顯著失調(diào)的代謝途徑；
· 2 ThAT和ScAT之間神經(jīng)酰胺分泌和產(chǎn)生水平的差異（靶向代謝-SPL相關(guān)代謝物）；
· 3 細(xì)胞實驗：原代脂肪細(xì)胞通過細(xì)胞外囊泡產(chǎn)生和釋放 SPL；
· 4 高水平的 ThAT 衍生的 SPL 與人體血管中，O₂^.−產(chǎn)量增加和內(nèi)皮功能受損有關(guān)；
· 5 血漿 Cer16:0 水平升高與人類動脈氧化應(yīng)激、內(nèi)皮功能障礙和全身炎癥增加有關(guān)；
· 6 Cer16:0 對內(nèi)皮氧化還原狀態(tài)的直接影響；
· 7 血漿 Cer16:0 水平預(yù)測心臟死亡率。
小結(jié)：
本研究作者招募了48位患有動脈粥樣硬化的肥胖患者，采集其胸部脂肪組織（ThAT）和皮下脂肪組織，利用代謝組學(xué)分析兩處脂肪組織的代謝差異。并將組學(xué)結(jié)果與之前633例行CABG手術(shù)患者的血管氧化還原信號進行關(guān)聯(lián)分析。結(jié)果顯示，ThAT與皮下AT中鞘脂分泌存在顯著差異，其中C16：0-神經(jīng)酰胺及其衍生物是在脂肪細(xì)胞來源的外泌體重具有顯著差異。此外，作者進一步證實高血漿C16：0-神經(jīng)酰胺及其糖基化衍生物與心源性死亡風(fēng)險增加獨立相關(guān)�？偠�言之，該研究首次在人類中證明，脂肪組織來源的神經(jīng)酰胺是肥胖個體血管氧化還原狀態(tài)的可調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)劑，直接影響晚期動脈粥樣硬化患者的心源性死亡率。

2
文獻名稱：Myeloid-Derived Growth Factor Protects Against Pressure Overload-Induced Heart Failure by Preserving Sarco/Endoplasmic Reticulum Ca2+-ATPase Expression in Cardiomyocytes
發(fā)表期刊：Circulation（IF=29.69）
組學(xué)技術(shù)：單細(xì)胞測序，蛋白組學(xué)和磷酸化蛋白組學(xué)
實驗材料：小鼠心肌、炎癥細(xì)胞、血漿和人血漿
技術(shù)路線：
· 1 構(gòu)建MYDGF基因編輯細(xì)胞和小鼠模型代；
· 2 MYDGF表達與功能分析；
· 3 蛋白組學(xué)和磷酸化蛋白組學(xué)分析MYDGF的信號靶點；
· 4 分子實驗揭示MYDGF保護心力衰竭的作用機制。
小結(jié)：
本研究構(gòu)建了MYDGF基因編輯細(xì)胞和小鼠模型，發(fā)現(xiàn)MYDGF具有保護壓力超負(fù)荷誘導(dǎo)的心力衰竭的功能，通過蛋白組學(xué)和磷酸化蛋白組學(xué)技術(shù)檢測MYDGF調(diào)控的下游的蛋白表達情況和磷酸化修飾位點變化情況，確定PIM1激酶為心肌細(xì)胞MYDGF的信號靶點，最后又通過基因功能研究闡述MYDGF在心力衰竭發(fā)病機制中的調(diào)控機理，為心力衰竭的預(yù)防治療提供了新的思路。

3
文獻名稱：Pharmacological inhibition of arachidonate 12-lipoxygenase ameliorates myocardial ischemia-reperfusion injury in multiple species（客戶文獻）
發(fā)表期刊： Cell Metab (IF=27.287)
組學(xué)技術(shù)：代謝組學(xué)
實驗材料：19名心肌梗死的臨床患者的冠狀動脈介入手術(shù)（PPCI）前后的血漿樣本
技術(shù)路線：
· 1 代謝組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)12-HETE是MIR損傷發(fā)生中的關(guān)鍵代謝物；
· 2 12-HETE合成酶ALOX12與MIR損傷調(diào)控有關(guān)；
· 3 ALOX12小分子抑制劑ML355可以改善MIR造成的心肌損傷；
· 4 ALOX12可加強泛素化酶NEDD4作用導(dǎo)致TAK1降解；
· 5 ML355干擾ALOX12-NEDD4-TAK1復(fù)合物形成。
小結(jié)：
本研究通過非靶代謝組學(xué)對心肌梗死患者冠狀動脈介入（PCI）術(shù)前術(shù)后血漿樣本代謝表型變化進行檢測，發(fā)現(xiàn)12-HETE是缺血再灌注損傷的重要標(biāo)志物。明確12-HETE對應(yīng)合成酶ALOX12是心臟缺血再灌注損傷的重要調(diào)控靶點及其調(diào)控機制。并在小鼠及高等動物模型中一致證明ALOX12的小分子抑制劑可以有效改善缺血再灌注損傷，研究為后續(xù)臨床轉(zhuǎn)化提供了可能。
解讀詳情：
項目文章Cell Metab(IF=27.287) | 非靶代謝組學(xué)助力發(fā)現(xiàn)缺血性再灌注新治療靶點

4
文獻名稱：Systems Approach to Discovery of Therapeutic Targets for Vein Graft Disease
發(fā)表期刊： Circulation（IF=29.69）
組學(xué)技術(shù)：單細(xì)胞測序、Label free蛋白組學(xué)、代謝組學(xué)
實驗材料：
· 單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組學(xué)測序：體外刺激的人原代巨噬細(xì)胞
· 蛋白組學(xué)：不同背景/喂養(yǎng)方式、不同模型時間點小鼠靜脈移植靜脈和對照下腔靜脈組織
· Metabolon代謝組學(xué)：體外刺激的人原代巨噬細(xì)胞（含分離線粒體）
技術(shù)路線：
· 1 小鼠靜脈移植模型構(gòu)建與表型觀察；
· 2 小鼠模型移植靜脈組織的Label free蛋白組學(xué)檢測；
· 3 蛋白結(jié)果網(wǎng)絡(luò)分析篩選潛在靶點——PPARα；
· 4 巨噬細(xì)胞PPARα SiRNA沉默——加速靜脈移植病變發(fā)展，巨噬細(xì)胞PPARα激活可減輕靜脈移植的病變負(fù)擔(dān)和炎癥水平；
· 5 疾病網(wǎng)絡(luò)臨近分析：關(guān)聯(lián)靜脈移植蛋白質(zhì)組學(xué)網(wǎng)絡(luò)與人類AVF疾病網(wǎng)絡(luò)；
· 6 PPARα激活可減少小鼠實驗性AVF病變大小并增加其通暢性（體內(nèi)）；
· 7 PPARα激活減輕小鼠巨噬細(xì)胞促炎性激活（體外）；
· 8 單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組學(xué)揭示促炎性巨噬細(xì)胞獨特的炎癥細(xì)胞群；
· 9 代謝組學(xué)分析證實PPARα激活可以影響巨噬細(xì)胞代謝重編程、線粒體功能和氧化損傷。
小結(jié)：
本研究作者系統(tǒng)剖析靜脈移植病變發(fā)展（靜脈動脈化導(dǎo)致的主要臨床問題），并建立一個分析平臺（涉及蛋白質(zhì)組學(xué)和網(wǎng)絡(luò)分析）。接著，作者從核心網(wǎng)絡(luò)中選擇一個眾所周知的PPARα途徑，利用體內(nèi)外模型、結(jié)合激活和沉默實驗，證實PPARα確實通過影響巨噬細(xì)胞功能在靜脈移植疾病中發(fā)揮抗粥樣硬化、抗炎作用。此外，作者還發(fā)現(xiàn)PPARα激活還減輕了另一種靜脈適應(yīng)性不良障礙AVF的疾病發(fā)展。綜上，本研究通過整合單細(xì)胞測序、蛋白組學(xué)和代謝組學(xué)平臺，結(jié)合多種體內(nèi)外動物模型，增加了我們對于靜脈移植疾病的了解，證實作者開發(fā)平臺的可信度，并未PPARα靶向治療這一重大健康負(fù)擔(dān)提供分子基礎(chǔ)。

5
文獻名稱：BET Inhibition Blocks Inflammation-Induced Cardiac Dysfunction and SARS-CoV-2 Infection
發(fā)表期刊：Cell（IF=38.637）
組學(xué)技術(shù)：單核RNA測序、磷酸化蛋白組學(xué)
實驗材料：多細(xì)胞人類多能干細(xì)胞 (hPSC) 衍生的心臟類器官 (hCOs)
小結(jié)：
本研究作者基于人類多能干細(xì)胞（hPSC）衍生出的心臟類器官模型，結(jié)合磷酸化蛋白組學(xué)和單核RNA測序技術(shù)，發(fā)現(xiàn)SARS-CoV-2感染誘導(dǎo)的心臟舒張功能障礙的炎性“細(xì)胞因子風(fēng)暴”，是由于干擾素γ、IL-1β和聚（I:C）的聯(lián)合作用。此外，作者通過功能學(xué)實驗證實BET抑制劑通過降低病毒應(yīng)答中的基因轉(zhuǎn)錄、降低COVID-19受體（ACE2）表達，幫助恢復(fù)心臟類器官的舒張功能。最終證實，包括Apabetalone在內(nèi)的BET抑制劑有望成為預(yù)防新冠誘導(dǎo)的心臟損害的候選藥物。

6
文獻名稱：A proteomic atlas of the neointima identifies novel druggable targets for preventive therapy
發(fā)表期刊： European Heart Journal（IF=29.983）
組學(xué)技術(shù)：蛋白質(zhì)組學(xué)
實驗材料：小鼠股動脈樣本（金屬絲損傷/對照）
技術(shù)路線：
· 1 金屬絲損傷不同時間點的蛋白組學(xué)檢測；
· 2 組學(xué)分析：揭示血管損傷對小鼠核心基質(zhì)體及其相關(guān)蛋白影響；
· 3 組學(xué)分析：新生內(nèi)膜形成過程中遷移因子的調(diào)控；
· 4 體內(nèi)實驗：證實Trpc6對小鼠新生內(nèi)膜形成的影響；
· 5 體外實驗：證實Trpc6可作為調(diào)節(jié)人血管平滑肌增殖遷移的潛在靶點。
小結(jié)：
本研究作者構(gòu)建了金屬絲誘導(dǎo)的小鼠股動脈損傷模型（不同時間點），利用蛋白組學(xué)解析小鼠股動脈新生血管內(nèi)膜形成過程中的蛋白表達變化。結(jié)果顯示，在血管損傷后不同時間點，主要是細(xì)胞外基質(zhì)的重構(gòu)以及細(xì)胞遷移因子的改變，并從中篩選出一個驅(qū)動新生內(nèi)膜形成的蛋白（TRPC6）。接著，作者在KO小鼠和細(xì)胞實驗中證實其對于新生內(nèi)膜形成和平滑肌細(xì)胞遷移或增殖的重要作用。此外，作者利用大隊列基因組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，攜帶TRPC6變異的純合子患者冠脈支架術(shù)后再狹窄風(fēng)險增加。值得注意的是，TRPC6抑制劑或許可作為涂層，應(yīng)用在支架表面，從而減輕支架內(nèi)再狹窄。

7
文獻名稱：Extracellular Matrix in Heart Failure: Role of ADAMTS5 in Proteoglycan Remodeling
發(fā)表期刊： Circulation（IF = 29.69）
組學(xué)技術(shù)：蛋白質(zhì)組學(xué)，單細(xì)胞測序
實驗材料：心力衰竭患者和未衰竭對照心臟的左心室組織
技術(shù)路線：
· 1 蛋白組學(xué)1：揭示缺血性HF患者瘢痕心肌的ECM組成；
· 2 動物實驗1：ADAMTS5介導(dǎo)Versican裂解；
· 3 動物實驗2：Adamts5 ΔCat小鼠的心臟功能；
· 4 單細(xì)胞測序：Versican和ADAMTS在人類心臟中表達；
· 5 蛋白組學(xué)2：藥物對缺血性HF中ECM成分的影響；
· 6 體外實驗：去甲在CF中誘導(dǎo)Versican表達。
小結(jié)：
本研究作者使用蛋白質(zhì)組學(xué)分析了來自80名心衰患者和6名未心衰患者（對照）心臟的左心室組織，這是迄今為止對人類心衰進行的最大的蛋白組學(xué)分析。作者通過證明多聚糖和其他蛋白聚糖也在缺血性 HF 患者的瘢痕心肌中積聚，證實了之前在 I/R 損傷豬模型中的發(fā)現(xiàn)。接著，作者證實 ADAMTS 蛋白酶在心臟重塑過程中裂解多功能蛋白聚糖。此外，作者證明了 Adamts5^ΔCat小鼠中多功能蛋白聚糖的積累與心臟功能受損和參與細(xì)胞間通訊的蛋白質(zhì)減少有關(guān)。最后，作者探討了藥物對 ECM 重塑的影響，并揭示了 β-受體阻滯劑減弱了缺血性 HF 中的多聚糖積累。

8
文獻名稱：Untargeted metabolomics identifies succinate as a biomarker and therapeutic target in aortic aneurysm and dissection
發(fā)表期刊：European Heart Journal（IF=29.983）
組學(xué)技術(shù)：非靶向代謝組學(xué)、靶向代謝組學(xué)
實驗材料：AAD患者血漿
技術(shù)路線：
· 1 非靶向+靶向代謝組學(xué)：AAD患者血漿中琥珀酸含量增加；
· 2 生信分析：琥珀酸作為新型AAD標(biāo)志物；
· 3 動物實驗1：補充琥珀酸加重AAD進展；
· 4 動物實驗2：干預(yù)OGDH抑制巨噬細(xì)胞炎癥反應(yīng)；
· 5 動物實驗3：敲低CREB降低巨噬細(xì)胞炎癥反應(yīng)；
· 6 動物實驗4：特異性敲低P38a減輕AAD進展。
小結(jié)：
本研究作者通過非靶向代謝組學(xué)和靶向代謝組學(xué)，分別在兩個AAD隊列及健康對照人群中證明AAD患者血漿中琥珀酸水平顯著升高；并結(jié)合臨床資料分析，證明琥珀酸可作為診斷AAD的新型標(biāo)志物。接著，作者在AAD動物模型中外源性補充琥珀酸（飲水中添加），證實琥珀酸可加重不同造模方式小鼠的AAD程度。此外，作者針對調(diào)控琥珀酸生成的關(guān)鍵酶——α-酮戊二酸脫氫酶（OGDH），發(fā)現(xiàn)敲低或者抑制OGDH可降低琥珀酸水平并抑制巨噬細(xì)胞炎癥反應(yīng)。作者還結(jié)合CHIP技術(shù)篩選調(diào)節(jié)OGDH的轉(zhuǎn)錄因子CREB，發(fā)現(xiàn)敲低CREB可通過減少OGDH表達降低巨噬細(xì)胞炎癥因子分泌。最后，作者發(fā)現(xiàn)p38a調(diào)控CREB磷酸化從而增加OGDH表達以及琥珀酸累積，并通過髓系特異性敲除p38a證實上述發(fā)現(xiàn)。