心肌梗死后心脏成纤维细胞中胶原三螺旋重复序列(CTHRC1)的重要作用

文章概述

文章标题：《Single-Cell RNA Sequencing Analysis Reveals a Crucial Role for CTHRC1 (Collagen Triple Helix Repeat Containing 1) Cardiac Fibroblasts After Myocardial Infarction》

发表日期和杂志：2020年发表在HHS Public Access上

在线阅读链接：https://doi.org/10.1161/circulationaha.119.044557

实验设计与疾病简介

心肌梗死(MI)后，用单细胞和bulk RNA-seq、ATAc-seq和功能测定对胶原-1GFP+CF进行鉴定。

从健康心肌以及梗死后7天、14天和30天(DPI)分离了假定的CF(GFP+/CD31−/CD45−)、内皮细胞(GFP−/CD31+/CD45−)和骨髓来源细胞(GFP−/CD31−/CD45+)

单细胞转录组数据情况

数据链接是：https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/query/acc.cgi?acc=GSE132146

提供了h5格式文件，不过我们直接下载后使用Read10X_h5()函数读取即可。

###### step1:导入数据 ######  

dir='GSE132144_RAW' 
samples=list.files( dir )
samples 
sceList = lapply(samples,function(pro){ 
  # pro=samples[1] 
  print(pro)  
  
  sce =CreateSeuratObject(counts =  Read10X_h5(file.path(dir,pro)) ,
                          project =   gsub('_FilteredGeneBCMatrices.h5','',gsub('^GSM[0-9]*_','',pro) ) ,
                          min.cells = 5,
                          min.features = 300 )
  print(sce)
  return(sce)
})
names(sceList)  
# gsub('^GSM[0-9]*','',samples)
sce.all=merge(x=sceList[[1]],
              y=sceList[ -1 ],
              add.cell.ids =  gsub('_FilteredGeneBCMatrices.h5','',gsub('^GSM[0-9]*_','',samples) )     )

as.data.frame(sce.all@assays$RNA@counts[1:10, 1:2])
head(sce.all@meta.data, 10)
table(sce.all$orig.ident)  

在批量读取数据之前，一般要先读取一个数据用来进行测试，确认无误后，再使用循环批量读取全部的数据用于后续的分析。

后面就是标准分析啦,对读取进来的数据进行质控、harmony整合以及细分亚群定义等。

第一层次降维聚类分群

分析了GFP+ CF的单细胞转录组，每个时间点的转录组(7079个健康细胞;10448个细胞，7dpi;14dpi下8337个细胞;和6,805个细胞在30dpi下)进行质量控制过滤，并使用典型相关方法合并为29,176个单个细胞的单一数据集。

对全局数据集的无监督聚类显示了11个GFP+细胞簇。其中10个簇(a - j)代表不同的成纤维细胞亚群，以高水平的成纤维细胞相关分子为特征，而簇K包含经典周细胞标志物高表达的群体。

为了探索不同簇在心肌梗死期间的潜在作用，分析了每个簇中细胞百分比的变化。发现簇F和H-K在不同的时间点保持不变，而簇B在MI后表现出显著的变化。

通过GO富集分析发现，与其他集群相比，B集群的转录特征在与细胞外基质组织、细胞增殖和细胞-底物黏附相关的途径上显著丰富。

进一步探究发现，B簇代表梗死心肌中活化的Periostin+成纤维细胞亚群，在修复性心脏纤维化过程中发挥主要作用。因此，将这些细胞命名为修复性心脏成纤维细胞(RCF)。

其它加分项

RCF反应的分子调控特征

利用公开可用的ChIP-seq数据集来鉴定其结合模式在RCF基因附近富集的TF，确定了几个TF，如SOX9和SMAD3。

RCF的一些顶端标记基因也显示出SOX9的结合基序。

分析发现Sox9在培养的CF中过表达诱导23%的RCF特征(28个基因，FC>1.5 p值<0.05)，与CF激活的经典调节因子TGF-β(33个基因，FC>1.5 p值<0.05)孵养CF后观察到的反应相似

对7dpi的Ctrc1-KO心脏(4,189个细胞)的scRNA-seq分析显示，与WT小鼠相比，RCF样细胞的百分比增加

文章小结

1. 鉴定并描述了小鼠心肌梗死后出现的独特的心脏成纤维细胞（CF）亚群，这些活化的成纤维细胞表现出明显的促纤维化特征，表达高水平的胶原三螺旋重复序列1 (Cthrc1)，并定位到疤痕中。
2. 分析发现非典型TGF-β信号和包括SOX9在内的不同转录因子是介导其对心脏损伤反应的重要调节因子，CTHRC1的缺失导致心室破裂导致明显的死亡。
3. 在猪心肌梗死模型和心肌梗死合并扩张型心肌病患者的心脏组织中发现了具有相似转录组的CF群体。