4月18日,，附屬第九人民醫(yī)院/上海精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)研究院張家毓團隊,、卞遷團隊和第四軍醫(yī)大學(xué)馬恒團隊合作在《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”（Proximal telomeric decompaction due to telomere shortening drives FOXC1-dependent myocardial senescence）的研究論文,，揭示了非分裂端?？s短誘發(fā)心肌細胞衰老的分子機制，確定了短端粒驅(qū)動心肌加速衰老的關(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,，端粒會隨著每一次細胞分裂逐漸變短,，一旦過短，就會引發(fā)持續(xù)的DNA損傷反應(yīng),，誘導(dǎo)細胞衰老,，最終導(dǎo)致細胞停止分裂，因此端?？s短也被認(rèn)為是衰老的標(biāo)志,。研究發(fā)現(xiàn)，除細胞分裂造成端?？s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展,、短縮的端粒如何獨立于基因突變驅(qū)動心功能障礙,、調(diào)節(jié)短端粒的染色體三維結(jié)構(gòu)能否對心肌細胞產(chǎn)生影響等問題仍未明確。
研究團隊通過對比正常人群和心力衰竭人群心肌端粒長度,，發(fā)現(xiàn)心衰患者端粒長度較正常人群縮短,，但短端粒如何影響心力衰竭過程仍有待闡明。團隊通過端粒酶抑制把健康人源誘導(dǎo)性干細胞（hiPSC）建立短端粒的hiPSC并進行心肌細胞分化實驗,。相比健康組,，短端粒心肌細胞中衰老相關(guān)標(biāo)志物p21和p16蛋白顯著上調(diào)，細胞出現(xiàn)肥大以及SA-β-Gal細胞衰老標(biāo)志物增加,。通過評估單個,、單層及3D培養(yǎng)微組織(MTs)心肌細胞的收縮以及線粒體呼吸情況后發(fā)現(xiàn)，與正常心肌細胞相比短端粒心肌細胞所表現(xiàn)的收縮力更大,，跳動頻率更高,、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,，心肌細胞端粒短縮可誘發(fā)心肌功能障礙并進入衰老狀態(tài),。
同時，為進一步研究端?？s短對心肌細胞染色質(zhì)構(gòu)象和基因表達的影響,，研究團隊對正常心肌細胞和具有短端粒的心肌細胞分別進行高通量染色體構(gòu)象捕獲技術(shù) (Hi-C)、轉(zhuǎn)錄組測序RNA-seq及KEGG通路分析,。結(jié)果顯示,，與遠離端粒區(qū)域相比，短端粒心肌細胞近端粒區(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,，差異表達基因中與細胞因子應(yīng)答,、離子轉(zhuǎn)運調(diào)節(jié)、氧化磷酸化和細胞粘附相關(guān)的基因顯著富集,，短端粒心肌細胞在近端粒5Mb范圍內(nèi)的基因表達平均上調(diào)約7倍,。充分論證了端粒縮短會引起心肌細胞中的染色質(zhì)構(gòu)象改變,，導(dǎo)致不同染色體細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明顯上調(diào),。
此外,，研究團隊通過對心衰患者的組織芯片進行端粒TelCQ-FISH和免疫組織化學(xué)染色，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)錄因子FOXC1在短端粒心肌細胞中顯著上調(diào),。使用慢病毒對正常心肌細胞及短端粒心肌細胞中的FOXC1調(diào)節(jié)顯示,，F(xiàn)OXC1過表達會導(dǎo)致衰老標(biāo)志物p21/p16和SA-β-gal陽性心肌細胞的比例顯著增加、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)明確了端粒長度與FOXC1間的相關(guān)性作用,，有效驗證了FOXC1對心肌細胞的影響，揭示了FOXC1的上調(diào)對心肌細胞衰老,、線粒體功能降低和收縮功能障礙具有驅(qū)動作用,。
