《npj Metabolic Health and Disease》：snRNA-seq identifies Fmo2+ fibroblasts as drivers of hyperglycemic memory-induced cardiac injury
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尽管实施了强化血糖控制，糖尿病心肌病（DCM）通常因高血糖记忆（HGM）而持续进展，但驱动此损伤的特异性心脏细胞尚不明确。为此，研究人员对HGM大鼠模型的心脏进行了单细胞核RNA测序（snRNA-seq）。对86，120个细胞核的分析揭示了HGM特异性的炎症和
尽管实施了强化血糖控制，糖尿病心肌病（DCM）通常因高血糖记忆（HGM）而持续进展，但驱动此损伤的特异性心脏细胞尚不明确。为此，研究人员对HGM大鼠模型的心脏进行了单细胞核RNA测序（snRNA-seq）。对86，120个细胞核的分析揭示了HGM特异性的炎症和表观遗传重编程特征。成纤维细胞作为潜在的介质出现，似乎通过上调的LAMININ和COLLAGEN信号通路驱动细胞外基质重塑。研究人员发现了一个独特的HGM特异性成纤维细胞亚群，其特征为氧化应激和H3K27去甲基化。整合分析将Fmo2确定为关键的致病候选基因，并通过孟德尔随机化（MR）和临床数据进一步支持其作为推定的因果基因。本研究表明，一个致病性Fmo2+成纤维细胞亚群可能作为病理性的“记忆载体”，为HGM诱导的心脏损伤提供了超越血糖控制的新机制见解和探索性的治疗途径。
糖尿病心肌病（Diabetic Cardiomyopathy， DCM）是糖尿病主要的心血管并发症，是导致患者死亡的首要原因。临床观察发现，即便在血糖水平恢复正常后，早期高血糖造成的心脏损伤仍会持续进展，这一现象被称为“高血糖记忆”（Hyperglycemic Memory， HGM）。HGM的存在导致强化的血糖控制策略在保护心脏方面效果有限，使得寻找HGM的分子和细胞机制成为防治DCM的关键。以往对HGM的研究多基于组织整体信号通路或特定分子层面，未能精确识别哪些细胞亚群在血糖正常化后仍作为“记忆载体”驱动病理性重构。为此，研究人员利用高脂饮食联合链脲佐菌素（Streptozotocin， STZ）构建了糖尿病大鼠模型，并通过胰岛素治疗建立HGM模型。随后，研究人员采用10x Genomics平台的snRNA-seq技术，系统绘制了HGM条件下大鼠心脏的单细胞核转录组图谱。研究结果表明，成纤维细胞在HGM诱导的心脏损伤中发挥核心作用。进一步分析鉴定出一个以Fmo2高表达、氧化应激特征和H3K27去甲基化为标志的特异性富集成纤维细胞亚群，该亚群作为关键的病理“记忆载体”驱动心脏损伤的长期进展。此项研究发表于《npj Metabolic Health and Disease》。
本研究为系统解析HGM的细胞与分子图谱，采用了多个关键技术。首先，通过高脂饮食联合STZ注射建立糖尿病大鼠模型，并利用长期胰岛素干预构建HGM模型，设立了正常对照（Con）、糖尿病（DM）和高血糖记忆（HGM）三组样本队列（样本来源为北京维通利华实验动物技术有限公司的Sprague-Dawley大鼠）。其次，运用超声心动图评估心功能，并对心脏组织进行苏木精-伊红（Hematoxylin and Eosin， H&E）、麦胚凝集素（Wheat Germ Agglutinin， WGA）和马松三色（Masson Trichrome）染色以分析病理重构。核心研究采用snRNA-seq技术生成心脏细胞核的单细胞转录组数据，并通过CellChat、Monocle3、hdWGCNA等生物信息学工具进行聚类分析、细胞间通讯网络解析、轨迹推断和基因共表达网络构建。此外，为验证候选致病基因，研究人员利用了公开临床数据库（GEO）数据，并进行了两样本孟德尔随机化（Two-Sample Mendelian Randomization， MR）分析以推断因果关系。
增强的血糖控制未能逆转糖尿病诱导的心脏功能障碍和病理性重构
研究人员成功建立了DM和HGM大鼠模型。结果显示，HGM组大鼠经胰岛素治疗后血糖水平恢复至与对照组无差异。然而，超声心动图评估显示，HGM组与DM组一样，均表现出显著的左心室收缩功能障碍，表现为射血分数（Ejection Fraction， EF）和缩短分数（Fractional Shortening， FS）显著降低。组织病理学分析（H&E、WGA、Masson染色）进一步证实，HGM组与DM组均出现明显的心肌间质纤维化和心肌细胞肥大，且程度相当。这表明，即使血糖恢复正常，早期高血糖诱导的心脏收缩功能障碍和结构重塑仍未得到改善。
高血糖记忆诱导心脏损伤的单细胞核转录组分析
研究人员通过snRNA-seq从三组大鼠心脏组织中获得了86，120个高质量细胞核。聚类分析识别出8种主要心脏细胞类型。细胞组成分析显示，心肌细胞、成纤维细胞和内皮细胞在HGM和DM条件下均出现显著的双向分布模式，表明高血糖暴露导致的细胞异质性重塑具有持久性。差异基因表达和基因集富集分析（Gene Set Enrichment Analysis， GSEA）揭示，HGM组的转录特征主要体现为异常的表观遗传调控、分解代谢重编程和炎症通路激活，其中组蛋白赖氨酸去甲基化通路富集最为显著。相比之下，DM组的转录特征则以代谢应激反应为主。值得注意的是，两组在细胞外基质（Extracellular Matrix， ECM）稳态相关通路均呈负向富集，提示成纤维细胞功能状态的改变可能是HGM诱导心脏损伤的关键环节。
成纤维细胞在高血糖记忆诱导心脏损伤的细胞间通讯中发挥关键作用
为探究驱动HGM心脏损伤的细胞互作网络，研究人员进行了CellChat分析。结果显示，HGM条件下心脏的细胞互作网络高度活跃，并以成纤维细胞、内皮细胞和心肌细胞为核心。成纤维细胞是整个网络中最强的信号发送者，而心肌细胞则是最强的信号接收者。通路分析表明，与ECM重塑密切相关的LAMININ和COLLAGEN信号通路显著上调，成纤维细胞是这两种通路的主要发送者。通过非负矩阵因子分解（Non-negative Matrix Factorization， NMF）进行的高阶聚类将信号网络划分为三个功能模块，成纤维细胞主要贡献于ECM重塑和纤维化模块。这些发现描绘了一个以成纤维细胞为中心、以ECM重塑信号（尤其是LAMININ和COLLAGEN）为主导的HGM心脏损伤病理通讯网络。
高血糖记忆诱导心脏损伤中的关键成纤维细胞亚群及其核心基因
为深入解析成纤维细胞的作用，研究人员对成纤维细胞进行了亚聚类分析，识别出5个功能不同的亚群。组成分析发现，FB2在对照组中占主导，而在HGM组中，FB2比例下降，FB1和FB4比例显著上升，其中FB4是HGM组特有的。基因集变异分析（Gene Set Variation Analysis， GSVA）显示，HGM特有的FB4亚群富集在与细胞对氧化应激反应的负向调控、NADPH氧化和组蛋白H3K27去甲基化相关的通路上。Monocle3轨迹推断显示FB4位于分化轨迹的末端，代表一种潜在的病理终末状态。通过整合差异表达基因、伪时序分析模块基因和高维加权基因共表达网络分析（high-dimensional Weighted Gene Co-expression Network Analysis， hdWGCNA）的核心基因，研究人员确定了包括Fmo2在内的9个核心基因。
整合临床数据与遗传因果推断揭示Fmo2的潜在致病作用
为筛选关键致病基因，研究人员首先分析了GEO数据库中DCM患者与对照的左心室心肌样本，发现FMO2等基因在DCM患者中表达显著改变。随后，基于心脏组织的顺式表达数量性状位点（cis-Expression Quantitative Trait Loci， cis-eQTLs）作为工具变量，进行了两样本MR分析。结果发现，遗传预测的Fmo2表达升高与非缺血性心肌病风险增加存在因果关联（IVW， OR=1.33， 95% CI： 1.02-1.73， P=0.04）。这提示Fmo2可能是介导HGM心脏损伤的关键效应基因。
研究讨论部分总结，本研究首次利用snRNA-seq系统绘制了HGM心脏损伤的细胞和分子图谱，核心发现是鉴定出一个以Fmo2表达、氧化应激和H3K27去甲基化为特征的特异性成纤维细胞亚群（FB4），该亚群可能作为病理“记忆载体”，通过持续激活LAMININ和COLLAGEN等信号通路驱动心脏纤维化。Fmo2作为一种单加氧酶，其在HGM成纤维细胞中与NADPH氧化等氧化应激特征共现，可能不再仅是代谢酶，而是转变为驱动慢性氧化应激和成纤维细胞持续激活的关键分子。这一发现为理解HGM心脏损伤的持续性提供了新的细胞和分子机制。同时，研究人员也指出研究存在局限性，例如缺乏空间定位和蛋白水平的功能验证，Fmo2的具体上下游调控机制有待阐明，以及未比较不同降糖药物的影响。
论文结论部分指出：本研究利用snRNA-seq技术系统构建了HGM诱导心脏损伤的单细胞核转录组图谱。首次提示成纤维细胞可能在HGM诱导的心脏损伤中扮演关键角色。其中，一个以Fmo2高表达、氧化激活和H3K27去甲基化为特征的特异性成纤维细胞亚群可能作为与HGM病理效应相关的“记忆载体”。这些发现为HGM提供了新的细胞和分子见解，并提示Fmo2
+成纤维细胞亚群可能成为缓解HGM诱导心脏损伤的潜在精准治疗靶点。本工作可能为探索超越血糖控制的DCM干预策略提供基础。
