前几天发表在science上的文章，和20年9月发表在nature上的人类心脏单细胞图谱是同一个研究团队。
通讯是哈佛大学的Professor Christine E Seidman
扩张型心肌病 (DCM) 发病率约1/250，其特征是左心室 (LV) 扩张、纤维化发生导致心肌细胞丢失和收缩力受损。致心律失常性心肌病(ACM) 同样会引发心室功能障碍，通常伴有更明显的右心室 (RV) 受累、高致心律失常负担和纤维脂肪堆积。这两种疾病都可能由遗传原因引起。 DCM 基因编码收缩相关蛋白 [titin (TTN)、troponin T (TNNT2)、troponin C (TNNC1)、tropomyosin (TPM1) 和filamin C (FLNC)]，它们调节心脏剪接 [RNA-binding motif protein (RBM20)] 或钙螯合 [phospholamban受磷蛋白 (PLN)] 并维持细胞骨架 [desmin (DES)] 或核 [lamin A/C (LMNA)] 的完整性。 ACM 基因通常编码桥粒蛋白，包括 plakophilin-2 (PKP2) 和桥粒蛋白 (DSP)。许多 DCM 和 ACM 基因中致病性变异 (pathogenic variants, PV) 的心肌细胞特异性表达和破坏作用推动了心律失常和心力衰竭的发展，这是一种影响全球 2300 万人的高度病态状况。
作者假设不同基因中的 PV 会引起不同的单细胞分子表型。为了解决这个问题，作者使用单核 RNA 测序 (snRNAseq) 研究了具有晚期 DCM 和 ACM 的人类心脏与非衰竭供体（对照）心脏相比的心力衰竭发病机制的分子信号。揭示了几种 DCM 和 ACM 基因型之间细胞景观和转录变化的差异。通过机器学习方法，阐明了基因型特异性分子反应，并通过使用 snRNA-seq 数据重建基础 PV 得到验证。
1. PVs and unexplained causes of DCM and ACM alter cardiac morphology, histopathology, and cellular compositions
Fig 1A：作者纳入了18例对照和61例未经机械支持的DCM和ACM患者的LV和RV组织。(DCM的纤维化好重哦)
Fig 1B：38个独立PVs在3个DCM基因(LMNA, n = 12; RMB20, n = 8; TTN,n=12)和ACM基因PKP2(n=6)中被鉴定出来。在8个DCM患者中，没有检测到PVs (PVneg)。后续的分组和分析是基于这五个基因型 (n = 46)：DCM 基因型 (LMNA, RBM20, TTN 和 PVneg), ACM (PKP2) 和 controls。（还有一些PVs因为检测率比较低，没有被纳入后续分析）
️这个数据应该是
全外/全基因组数据得来的。按照不同基因的致病性突变对患者进行分组，看其对细胞群转录的影响。
更精细的话，是不是还可以看同一个基因的不同突变（截短，错义等）对转录的影响？但是这个让我想起了6月份Online的一篇nature人类DCM和HCM的单核细胞profiling，作者放在附件的结果中做了DCM和HCM的全外，在DCM中观测到了TTNLOF carriers (4 out of 10 patients)，HCM中的MYBPC3LOF carriers (3 out of 15 patients)和MYH7 pathogenic variant carriers (5 out of 15 patients)。但是carriers和non-carriers之间没有明显的转录差异。
Fig 1C：作者取了左室游离壁，左室心尖，左室间隔，右室游离壁的组织，进行了单核细胞测序。病例组和对照组分别得到了500,000和380,000个高质量细胞核，质控、整合 (Harmony做的)、鉴定之后得到10个主要的细胞类型：心室心肌 (CMs), 成纤维 (FBs), 脂肪细胞 (ADs), 周皮细胞和平滑肌细胞 (mural, MCs), 内皮细胞 (ECs), 髓系和淋巴细胞 (immune cells), 神经细胞 (NCs) 和肥大细胞。这10个细胞群包含了71 distinct cell states。
左室游离壁，左室心尖和左室间隔的细胞构成和转录都高度类似，所以都被归为LV样品一起分析。
Fig 1D：细胞比例统计显示和正常相比，除了LMNA之外其他组的CM出现比例下降。除了PKP2以外其他组的EC和淋巴细胞比例上升。成纤维细胞则没有出现显著变化，提示成纤维可能是分泌表型而不是增殖表型。
Fig 1E：疾病组LVs和正常对照相比的Pairwise 细胞比例变化进一步证实了CMs的丢失和伴随的ECs, lymphoid 和 myeloid cells的增加，和定量的、基因型特异的细胞比例变化 (FB and mural cells compared with CMs)。RBM20和PVneg出现了明显的EC:CM (8和10.3倍)、myeloid:CM (9.8- 和14.6倍)和lymphoid:CM (12.4和15.2倍)比例变化。而LMNA组，所有细胞和CM的比例都没有显著变化(轻度变化/不变)。
2. Cardiomyocytes and fibroblast states in control, DCM, and ACM ventricles.
这一部分对心肌和成纤维进行了细分。
从Fig 2D开始到2J，图和article中标的都不对应。。。
Fig 2A, B：心肌的亚群细分得到了和在人类心脏单细胞图谱一样的vCM1.0 to vCM5和四个新的群vCM1.1, vCM1.2, vCM1.3和vCM3.1。
差异分析的结果提示20-40%的差异基因是基因型特异的。
Fig 2D-E：展示了一些基因型特异的上调/下调基因
Fig 2F：成纤维的亚群细分得到了和在人类心脏单细胞图谱一样的四个群和两个新的群vFB1.1和vFB1.2。（vFB1.1和vFB1.2表达经典的vFB1基因，但是vFB1.1还表达APOD, APOE和APOO这些lipogenic fibroblasts的marker基因和参与机制重塑的CST3；vFB1.2特异性表达与肌动蛋白微丝组装的DAAM1和软骨细胞分化的GPC6）
Fig 2G：尽管胶原沉积和纤维化是DCM共有特征，不同基因型的胶原沉积存在差异。
Fig 2H：细胞比例变化。vFB2在TTN和PVneg增高。vFB3在PVs的细胞中都出现下降。
Fig 2I：vFB2的特异性基因表达显示出其具有更强的促纤维化的水平。RBM20的vFB2显示出更高的TGFb活化评分
Fig 2J：vFB3高表达CCL2，具有趋化巨噬细胞功能。
️The resultant increased ratio of vFB2:vFB3 and altered DEGs suggested dysregulation of fibroblast-to-macrophage interactions that would promote deleterious ECM remodeling, particularly in TTN LV and RV
之前写过的一篇文章心脏原位巨噬细胞抑制纤维化和刺激血管生成中，组织原位巨噬细胞起了比较重要抑制纤维化和促进血管生成的作用，而MOMFs则具有强促纤维化作用。
那表达CCL2的vFB3减少，不是应该是保护作用吗？
3. Mural and endothelial cell states in control, DCM, and ACM hearts.
这一部分对壁细胞和内皮细胞进行了细分
Fig 3A：对壁细胞的重新聚类和注释得到了3个已经报道过的周皮细胞PC1, PC2和PC3以及3个平滑肌细胞SMC1.1, SMC1.2和SMC2。
Fig 3B, C：展示了一些差异性基因和通路
Fig 3D：对内皮的重聚类得到了此前描述过的7个细胞群（EC1, EC2, EC5-8, mesothelial cells）
Fig 3E：BMP6只在突变组表达
Fig 3F：细胞比例变化
Fig 3G：EC7是所有细胞群里面差异基因最多的，展示了一下它的特异性基因
These data highlighted the involvement of the endocardium in chamber-specific remodeling of cardiomyopathies.
4. Immune cell states in control, DCM, and ACM hearts.
对免疫细胞做了一下重新聚类和分析
5. Neuronal and adipocyte cell states in control, DCM, and ACM hearts.
对神经元细胞和脂肪细胞做了一下重新聚类和分析，思路跟前面基本一样。
6. Altered cell-cell interactions and recognition of genotype-specific transcriptional responses
心肌病的不同遗传原因与细胞通信网络的特定畸变有关
该项研究有助于开发针对心脏病的个性化疗法，因为基因型特异性治疗可能更有效，副作用更少。