RNA选择性剪接产生的异构体，在心脏发育和疾病中扮演关键角色，却也是心血管研究领域的一大难题：在健康与衰竭心脏的细胞中，这些异构体究竟有怎样的差异表达规律？今天分享的这项发表于Circulation的研究，不仅绘制出成人左心室在正常与心力衰竭状态下的单细胞剪接异构体图谱，还为解析心脏疾病发病机制、开发精准诊断标志物与治疗靶点提供了数据支撑和研究方向。

题目：Single-Cell Splicing Isoform Atlas of the Adult Human Heart and Heart Failure

发表期刊：Circulation

影响因子：38.6

发表时间：2025-09-29

研究思路

研究结果

首先，研究团队利用单核纳米孔长读长RNA测序（snNanoRNAseq）技术对6例健康供体及6例终末期缺血性心力衰竭供体的左心室新鲜冷冻组织样本进行分析，以阐明成人左心室在正常生理与心力衰竭状态下的复杂细胞生态系统特征，从中获得了约13亿条长读长测序序列，经质控筛选获得30683个高质量细胞核，并鉴定出10种主要心脏细胞类型。结果显示，心力衰竭样本中周细胞比例显著降低；基因集富集分析进一步揭示，心力衰竭状态下关键收缩与代谢通路活性显著降低、血管生成相关生物学过程特征显著增强，同时观察到心力衰竭相关的转录组重编程事件及剪接相关基因的差异表达模式。

其次，研究团队通过将IsoQuant工具整合至scNanoGPS分析流程以实现异构体定量，并联合SQANTI3工具进行质控分析，共鉴定得到63806个全长转录异构体，其中75.3%为与参考基因组注释序列匹配的完全匹配异构体（FSM）；采用无监督聚类算法获得8个主要细胞簇，并成功注释5个明确的细胞类型。此外，研究者还创新性地定义了异构体多样性指数（DI），从而将基因划分为多形型与单形型两类，结果显示，约29%的细胞类型特异性差异表达基因属于多形型基因（心肌细胞中该比例最高，达33%），多形型基因广泛分布于核心管家基因程序、细胞间信号调控网络及关键细胞类型特异性功能通路中。

随后，为了探究泛表达基因在不同细胞类型中的异构体使用差异，研究团队对各细胞群体间基因的异构体使用情况进行差异异构体使用（DIU）分析，鉴定出311个存在显著DIU事件的基因，涉及心肌细胞、成纤维细胞等多种细胞类型；发现这些DIU基因在肌肉系统相关过程中显著富集，且超过半数的DIU基因并非差异表达基因，同时观察到稳定优势异构体（sMDI）和独特优势异构体（dMDI）两种使用变化模式，dMDI基因的异构体多样性更低，以TNNI3和ACTG1为例，证实泛表达基因通过DIU适应不同细胞类型的独特功能需求。

通过比较心力衰竭与健康样本各细胞类型的异构体使用情况，研究者发现心肌细胞中有379个基因存在显著疾病相关DIU事件，其中90%来自非差异表达基因，且在细胞呼吸和ATP合成通路富集，93个DIU事件导致dMDI，部分涉及蛋白编码与内含子保留亚型的转换；成纤维细胞中53个基因存在DIU（10个为dMDI），涉及组织重塑通路；髓系细胞中21个基因存在DIU，内皮细胞和壁细胞中DIU事件较少，证实心力衰竭状态下多种细胞类型存在显著的剪接重塑。

最后，为了明确细胞状态特异性的异构体表达模式及其与心力衰竭的关联，研究者对5种主要心脏细胞类型的亚群进行分析，在心肌细胞中识别出3个亚群（CM1、CM2、CM3），其中CM2在心力衰竭样本中更普遍且高表达心肌病相关基因；成纤维细胞中FB2亚群在心力衰竭中扩增且与细胞外基质重塑相关；还发现疾病相关亚群（如Cap-ang内皮细胞亚群、CD16+单核细胞），且细胞状态特异性差异表达基因中单形型基因显著富集，部分基因在异构体水平调控（如MYPN的无义介导衰变亚型）影响细胞功能，揭示了异构体剪接水平调控在疾病相关细胞状态重塑中的作用。

总结

本研究运用snNanoRNAseq技术捕获成人左心室10种主要细胞类型的全长转录本，成功构建覆盖正常与心力衰竭状态的单细胞剪接异构体图谱并鉴定63806个全长异构体（含4993个高可信度新异构体），深入解析细胞类型特异性、泛表达基因及疾病相关的异构体使用规律（如心肌细胞中379个心衰相关差异异构体使用基因），最后开发可公开访问的数据平台供全球研究者使用。

总的来讲，这项研究首次系统揭开了成人心脏异构体在健康与疾病状态下的调控密码，它不仅填补了人类心脏单细胞水平剪接异构体研究的空白，更让我们看到长读长测序技术结合单细胞分辨率，能为解析心血管疾病分子机制提供前所未有的精准视角，为后续开发基于异构体的心脏疾病精准诊断标志物、靶向调控药物奠定了基础。未来随着这些异构体功能的进一步验证及调控机制的深入挖掘，或许我们将在心脏疾病的精准诊疗领域迎来全新突破，为改善心力衰竭患者预后带来新希望。

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