題目：BET inhibition blocks inflammation-induced cardiac dysfunction and SARS-CoV-2 infection
PMID：33811809 該研究涉及的組學內容：磷酸化蛋白質組學；單細胞核轉錄組學；
單細胞核轉錄組測序（sc-RNA-seq）的平臺：10 x Genomics
實驗研究對象：COVID-19 患者血清，人類心臟類器官 hCOs，K18-hACE2 小鼠，脂多糖 LPS 構建的 CS 小鼠模型。
該研究通過多模型數據結果綜合分析闡述了 COVID-19 感染后患者心臟的病毒反應引起的心臟功能障礙的作用機制，并有針對性的探索這一過程中主效的兩個蛋白分子的 3 處磷酸化修飾位點，同時針對這兩個分子，探索了含溴抑制劑（尤其是 INCB054329）在這一過程中的治療作用。接下來讓我們詳細了解下作者是如何應用多組學的思維進行這樣一項大規模的系統性實驗吧：
研究概述
COVID-19 感染的人群常伴有心臟損傷和功能障礙的發生，極大程度增加了死亡風險。但其導致心臟損傷及功能障礙的原因尚不清楚，推測可能是過度的炎癥反應引發的。為了確定 COVID-19 治療藥物對心臟的保護機制， 作者使用了磷酸化蛋白質組學和單細胞核轉錄組測序（sn-RNAseq）相結合的方法， 圍繞不同實驗模式下的 心臟類器官 模型展開研究。確定了：干擾素 TNF-γ，白介素 IL-1β 的混合物誘發了心臟舒張功能障礙。該研究結果發現在 SARS-CoV- 2 感染后，含溴結構域的蛋白質 - 4 隨病毒反應而被激活，并且該病毒反應在人心臟類器官 human cardiac organoids（hCOs）和 SARS-CoV- 2 感染的 K18-hACE2 小鼠心臟中的結果均一致。在含溴的抑制劑（BETi）作用下，感染 SARS-CoV- 2 的 hCOs 模型可恢復舒張功能。此外，BETi 抑制劑減少了病毒反應中病毒復制相關基因的轉錄，降低了 ACE2 蛋白的表達，并減少了心肌細胞的 SARS-CoV- 2 感染比率。本研究結果顯示：包括食品和藥物管理局（FDA）指定藥物阿帕地韋在內的 BETi 抑制劑都是有望預防 SARS-CoV- 2 介導的心臟損害的候選藥物。
主要研究思路
作者利用人類多能干細胞（hPSC）衍生出的心臟類器官（hCOs）模型，在體外模擬 Cov-19 引發炎癥型心臟功能障礙模型以及對 BETi 治療的 hCOs 模型開展研究。作者使用磷酸化蛋白質組學和單細胞核測序（sn-RNA-seq）相結合的方法，以確定心臟功能障礙的治療靶點和治療方法（圖 1）。
▲圖 1 主要研究示意
結果數據
1. 磷酸化蛋白質組學技術：研究心臟細胞炎癥反應引起的功能障礙的機制
從 COVID-19 患者中觀察到的常見的心臟功能障礙類型是：右心室收縮功能障礙和左心室舒張功能障礙。作者重點研究了由 IFN-γ，IL-1β 和 poly（I：C）引起的舒張功能障礙。 作者使用 磷酸化蛋白質組學技術 測量了 hCOs 樣本，鑒定出了 7,000 多個磷酸化修飾位點，發現與心臟功能障礙相關的炎性蛋白分子參與的生化反應過程中發生大量的磷酸化修飾（圖 2）。作者對磷酸化修飾的結果中兩個分子的三個位點展開了重點研究 [STAT1（S727）及 BRD4（S469）和（S1083）的兩個位點]（圖 2B 和 2C）。（選擇這些位點展開研究的理由：每種靶標或其上游調節劑均具有特定的小分子抑制劑）
▲圖 2 磷酸化蛋白質組學揭示了驅動心功能不全的信號
2. 應用 sn-RNA-seq 技術研究：驗證磷酸化蛋白組學的結果的類群間異質性
在確定了初始研究目標后，作者繼續使用 sn-RNA-seq 技術檢測炎癥因子刺激（CS）狀態下 hCOs，其中成纖維細胞類群和激活的成纖維細胞類群的細胞數量增加（圖 3B）。KEGG 通路分析顯示：心肌細胞和成纖維細胞中，轉錄反應均以病毒感染的相關反應為主（圖 3）。下調的基因較少且主要分布在成纖維細胞中，并由細胞外基質（ECM）基因（包括 COL1A1，COL3A1 和 COL4A5）控制（圖 3）。轉錄反應高的是 STAT1 和 EP300 的一般表觀遺傳激活（圖 3）。這與作者的磷酸蛋白質組學數據一致（圖 2）。這些分析共同揭示了心臟在多個細胞群體中均發生了較強的病毒應激反應（圖 3）， 作者推測心臟的病毒應激反應是通過 STAT1 和 BRD4 的表觀遺傳激活介導的。
▲圖 3 sn-RNA-seq 揭示 CS 激活人類心臟類器官（hCOs）的病毒反應
3. 應用 sn-RNA-seq 技術研究：預防和治療心臟功能障礙的藥物
該研究篩選了治療： 由 TNF- γ 引起的收縮功能障礙或多重炎性細胞因子（CS）驅動的舒張功能障礙引起的 心臟功能障礙的藥物 （圖 4）。結果顯示藥物：Baricitinib 預防了 TNF- γ 誘導的 hCOs 收縮型功能障礙（圖 4）。并且作者在 CS 處理的 hCOs 樣本的磷酸蛋白質組數據中觀察到 BRD4 的磷酸化水平升高，該結果與 snRNA-seq 分析的結果一致。在藥物篩選過程中，引人注目的是：INCB054329 以劑量依賴的方式預防了 CS 引起的舒張功能障礙（圖 4）。JQ- 1 還顯示出一種 hPSC 系在高濃度下舒張功能得到改善，因此測試了 JQ- 1 和 ABBV-744 的其他更高濃度。盡管 INCB054329 是有效的。但是相比之下，ABBV-744 可能通過其作為雄激素受體抑制劑的雙重作用而增加 hCOs 的舒張功能障礙，這與接受雄激素剝奪治療的患者延長 QTc 有關。為了驗證 BRD4 是否為靶標，作者使用了腺相關病毒 AAV（血清型 6）介導的短發夾（sh-RNA）遞送，并證明大約 74% 的敲除可以減少 CS 治療的 hCOs 中的舒張功能障礙。INCB054329 介導的 BETi 在 CS 病情 24 小時后挽救了功能異常的 hCOs 并恢復了舒張功能（圖 4）。這可能是因為 CS 引起的舒張功能障礙是可逆的，并且是由炎癥介質驅動的，這是通過去除 CS 因子后 24 小時 hCOs 部分恢復數據所證實的（圖 4）。在患者中，所有炎性因子可能同時存在，該研究發現 INCB054329 可同時具有所有四種功能障礙誘導因子 TNF，IFN-γ，IL-1β 和 poly（I：C）減輕舒張功能障礙。綜上所述，CS 通過依賴 BRD4 的機制介導舒張功能障礙，可使用（含溴抑制劑）BETi 阻斷。因為 BRD4 在我們的 hCOs 中廣泛表達（圖 4）。
▲圖 4 發現能改善心臟功能障礙的藥物
總結
隨后作者圍繞這一結論展開了系統的體內實驗驗證，在體內實驗驗證中涉及了多種感染模型，小伙伴們若想了解本研究的更多細節 掃二維碼下載原文及附件。
本次文獻就解讀到這里了，接下來為大家安利一款伯豪生物自主研發的抽核試劑： 伯優?細胞核分離試劑盒 。
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