4月18日，附屬第九人民醫(yī)院/上海精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)研究院張家毓團(tuán)隊(duì)、卞遷團(tuán)隊(duì)和第四軍醫(yī)大學(xué)馬恒團(tuán)隊(duì)合作在《核酸研究》（《Nucleic Acids Research》）上發(fā)表了“FOXC1依賴性心肌衰老由端粒縮短導(dǎo)致的近端粒域構(gòu)象降解驅(qū)動(dòng)”（Proximal telomeric decompaction due to telomere shortening drives FOXC1-dependent myocardial senescence）的研究論文，揭示了非分裂端粒縮短誘發(fā)心肌細(xì)胞衰老的分子機(jī)制，確定了短端粒驅(qū)動(dòng)心肌加速衰老的關(guān)鍵因素FOXC1，并為抗心臟衰老提供了新靶向治療的理論依據(jù)。
端粒是位于線狀染色體末端的一小段DNA蛋白質(zhì)復(fù)合體，其功能是保持基因組的完整性和穩(wěn)定性。正常情況下，端粒會(huì)隨著每一次細(xì)胞分裂逐漸變短，一旦過短，就會(huì)引發(fā)持續(xù)的DNA損傷反應(yīng)，誘導(dǎo)細(xì)胞衰老，最終導(dǎo)致細(xì)胞停止分裂，因此端粒縮短也被認(rèn)為是衰老的標(biāo)志。研究發(fā)現(xiàn)，除細(xì)胞分裂造成端粒縮短外，短端粒與心血管疾病也存在相關(guān)，但端粒是否直接或間接參與疾病進(jìn)展、短縮的端粒如何獨(dú)立于基因突變驅(qū)動(dòng)心功能障礙、調(diào)節(jié)短端粒的染色體三維結(jié)構(gòu)能否對(duì)心肌細(xì)胞產(chǎn)生影響等問題仍未明確。
研究團(tuán)隊(duì)通過對(duì)比正常人群和心力衰竭人群心肌端粒長(zhǎng)度，發(fā)現(xiàn)心衰患者端粒長(zhǎng)度較正常人群縮短，但短端粒如何影響心力衰竭過程仍有待闡明。團(tuán)隊(duì)通過端粒酶抑制把健康人源誘導(dǎo)性干細(xì)胞（hiPSC）建立短端粒的hiPSC并進(jìn)行心肌細(xì)胞分化實(shí)驗(yàn)。相比健康組，短端粒心肌細(xì)胞中衰老相關(guān)標(biāo)志物p21和p16蛋白顯著上調(diào)，細(xì)胞出現(xiàn)肥大以及SA-β-Gal細(xì)胞衰老標(biāo)志物增加。通過評(píng)估單個(gè)、單層及3D培養(yǎng)微組織(MTs)心肌細(xì)胞的收縮以及線粒體呼吸情況后發(fā)現(xiàn)，與正常心肌細(xì)胞相比短端粒心肌細(xì)胞所表現(xiàn)的收縮力更大，跳動(dòng)頻率更高、線粒體呼吸能力更低。均揭示了在沒有任何突變及應(yīng)激刺激下，心肌細(xì)胞端粒短縮可誘發(fā)心肌功能障礙并進(jìn)入衰老狀態(tài)。
同時(shí)，為進(jìn)一步研究端粒縮短對(duì)心肌細(xì)胞染色質(zhì)構(gòu)象和基因表達(dá)的影響，研究團(tuán)隊(duì)對(duì)正常心肌細(xì)胞和具有短端粒的心肌細(xì)胞分別進(jìn)行高通量染色體構(gòu)象捕獲技術(shù) (Hi-C)、轉(zhuǎn)錄組測(cè)序RNA-seq及KEGG通路分析。結(jié)果顯示，與遠(yuǎn)離端粒區(qū)域相比，短端粒心肌細(xì)胞近端粒區(qū)域（5Mb）的三維結(jié)構(gòu)顯著降低，短端粒心肌細(xì)胞中近端粒區(qū)域內(nèi)的TAD內(nèi)部和相互間作用均出現(xiàn)減少，差異表達(dá)基因中與細(xì)胞因子應(yīng)答、離子轉(zhuǎn)運(yùn)調(diào)節(jié)、氧化磷酸化和細(xì)胞粘附相關(guān)的基因顯著富集，短端粒心肌細(xì)胞在近端粒5Mb范圍內(nèi)的基因表達(dá)平均上調(diào)約7倍。充分論證了端粒縮短會(huì)引起心肌細(xì)胞中的染色質(zhì)構(gòu)象改變，導(dǎo)致不同染色體細(xì)胞核空間中的分布及相互作用明顯減少，引起近端粒末端染色質(zhì)的三維壓縮構(gòu)象丟失，造成靠近端粒末端的基因表達(dá)明顯上調(diào)。
此外，研究團(tuán)隊(duì)通過對(duì)心衰患者的組織芯片進(jìn)行端粒TelCQ-FISH和免疫組織化學(xué)染色，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)錄因子FOXC1在短端粒心肌細(xì)胞中顯著上調(diào)。使用慢病毒對(duì)正常心肌細(xì)胞及短端粒心肌細(xì)胞中的FOXC1調(diào)節(jié)顯示，F(xiàn)OXC1過表達(dá)會(huì)導(dǎo)致衰老標(biāo)志物p21/p16和SA-β-gal陽性心肌細(xì)胞的比例顯著增加、線粒體氧化呼吸能力降低、收縮失調(diào)；相反，在衰老心肌細(xì)胞中下調(diào)FOXC1則能有效改善心肌功能。研究通過調(diào)節(jié)短端粒的染色體三維結(jié)構(gòu)明確了端粒長(zhǎng)度與FOXC1間的相關(guān)性作用，有效驗(yàn)證了FOXC1對(duì)心肌細(xì)胞的影響，揭示了FOXC1的上調(diào)對(duì)心肌細(xì)胞衰老、線粒體功能降低和收縮功能障礙具有驅(qū)動(dòng)作用。
