《npj Regenerative Medicine》：Single-cell chromatin accessibility landscape of cardiac non-myocytes identifies tissue repair program during heart regeneration
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成年心脏再生能力有限是损伤后修复的重大挑战。为探究心脏再生过程中的细胞表观遗传学变化，研究人员对新生儿心尖切除术后不同时间点的非心肌细胞进行了单细胞ATAC测序，绘制了染色质可及性图谱。研究发现，成纤维细胞和内皮细胞是染色质重塑最活跃的细胞群，并揭示了转录因子CEBPD和AP-1家族分别调控有益成纤维细胞活化与内皮细胞血管生成的关键作用。这项工作为靶向特定细胞类型干预心脏再生提供了新见解。
成年哺乳动物的心脏，在遭受心肌梗死等损伤后，自我修复的能力极为有限，这导致疤痕组织形成和心功能进行性下降，成为心脏病患者康复的重大障碍。然而，大自然也留下了一丝希望：与绝大多数成年个体不同，新生哺乳动物（如小鼠）在出生后的极短时间内，心脏确实拥有令人惊讶的再生能力。这种能力就像一扇稍纵即逝的“机会之窗”，如果能深刻理解其背后的细胞与分子机制，就有可能为重启成年心脏的再生程序找到钥匙。过去的研究多聚焦于再生的执行者——心肌细胞本身，但心脏是一个复杂的细胞社会，除了心肌细胞（cardiomyocytes, CMs），还有大量被称为非心肌细胞（non-cardiomyocytes, non-CMs）的成员，包括成纤维细胞、内皮细胞、免疫细胞等。这些细胞构成了心脏的微环境，它们如何响应损伤、如何相互对话、如何从表观遗传层面“决定”自己是促进修复还是形成纤维化疤痕，这些问题在很大程度上仍是“黑箱”。为了照亮这个黑箱，揭示新生儿心脏再生奇迹背后的表观遗传学蓝图，一项发表在《npj Regenerative Medicine》上的研究应运而生。
研究人员巧妙地利用新生儿心脏短暂但强大的再生期作为模型。他们对出生后1天的小鼠进行了心尖切除手术以模拟心脏损伤，并在损伤后的多个关键时间点（如第1、3、7、14天）收集心脏组织。研究的核心技术方法是单细胞ATAC测序（single-cell ATAC-sequencing, scATAC-seq）。这是一种能够在单个细胞水平解析染色质开放区域（即可及性）的高通量技术，染色质的开放状态直接反映了该细胞潜在的基因调控活跃程度和细胞身份。通过对这些不同时间点的心脏非心肌细胞群体进行scATAC-seq，研究团队得以绘制出一幅动态、高分辨率的表观遗传图谱，直观地展示在再生过程中，不同细胞类型的基因调控景观如何随时间演变。
scATAC-seq揭示新生儿心脏损伤后非CMs的染色质可及性动态变化
研究者首先成功构建了新生儿心脏损伤后的单细胞染色质可及性图谱，涵盖了包括成纤维细胞、内皮细胞、周细胞、平滑肌细胞和免疫细胞在内的主要非CMs类型。通过分析发现，在损伤后的再生过程中，不同细胞类型的染色质可及性模式发生了显著而特异性的变化。
成纤维细胞和内皮细胞在损伤后表现出最剧烈的染色质重塑
深入分析显示，在所有非CMs中，成纤维细胞和内皮细胞是丰度最高的两类细胞，并且它们对损伤的反应最为剧烈，其染色质可及性的变化幅度最大、涉及的区域最广。这提示这两类细胞是心脏损伤响应和再生微环境构建的核心参与者。
伪时间分析描绘成纤维细胞和内皮细胞的表观遗传轨迹
通过伪时间分析（pseudotime analysis）方法，研究者重建了成纤维细胞和内皮细胞在损伤后随时间变化的表观遗传发展轨迹。分析揭示了这些细胞从稳态向激活状态转变的连续过程，并识别出了与细胞状态转变相关的关键基因组区域。
转录因子调控网络分析鉴定CEBPD和AP-1为核心调控因子
为了探究驱动上述染色质重塑的上游调控机制，研究团队进行了转录因子（transcription factor, TF）动机（motif）富集分析和调控网络构建。引人注目的发现是，转录因子CEBPD（CCAAT/增强子结合蛋白δ）在成纤维细胞中被特异性激活，其结合动机在开放染色质区域显著富集。同时，AP-1（激活蛋白1）转录因子家族（包括JUN、FOS等成员）在内皮细胞中被强烈激活。这些结果表明，CEBPD和AP-1家族分别是协调成纤维细胞和内皮细胞在损伤后表观遗传重编程的核心反式作用调节因子。
CEBPD驱动有益的成纤维细胞激活程序
功能研究表明，CEBPD特异性地结合到成纤维细胞中与细胞外基质组织、伤口愈合和细胞迁移相关的基因调控区域，促进这些基因的开放和表达。这种由CEBPD主导的成纤维细胞激活程序，不同于通常导致病理性纤维化的激活状态，似乎是一种有利于组织协调修复的“有益激活”。
AP-1促进内皮细胞血管生成
类似地，AP-1转录因子家族在内皮细胞中，通过结合并调控与血管生成（angiogenesis）过程密切相关的基因（如Vegfa受体基因）的染色质可及性，从而促进新生血管的形成，为再生中的心脏组织提供必要的血液供应和营养支持。
抑制CEBPD或AP-1损害心脏再生
最后的体内功能验证实验证实了这两个调控轴的关键作用。在新生儿心脏损伤模型中，特异性敲低（knockdown）心脏成纤维细胞中的Cebpd基因，或者药物性抑制AP-1的活性，均会导致心脏再生能力显著受损，表现为心肌细胞增殖减少、疤痕形成增加以及心功能恢复变差。这直接证明了由CEBPD和AP-1分别调控的成纤维细胞与内皮细胞程序，对于新生儿心脏的完美再生是必不可少的。
综上所述，这项研究通过前沿的单细胞表观基因组学技术，首次在染色质可及性水平系统描绘了新生儿心脏再生过程中非心肌细胞的动态响应图谱。它突破了以往主要关注心肌细胞的局限，将目光投向心脏微环境中的“支持细胞”，并取得了关键发现：丰度最高的成纤维细胞和内皮细胞是损伤后染色质重塑最活跃的群体；转录因子CEBPD和AP-1家族分别是驱动这两类细胞进行有益表观遗传重编程的核心开关，前者主导了促进修复的成纤维细胞活化，后者则推动了必需的血管生成。这些发现不仅深化了对心脏再生细胞生物学机制的理解，更重要的是，它指出了一个全新的治疗策略方向：未来或许可以通过靶向调控CEBPD或AP-1等关键因子，精确地“引导”成纤维细胞和内皮细胞在成年心脏损伤后转向有益的修复状态，从而克服再生障碍，实现真正意义上的心脏修复。该研究为开发针对特定细胞类型的心脏再生疗法提供了坚实的理论依据和潜在的干预靶点。
