① 课题来源与背景 先天性心脏病的发病机制与环境和遗传息息相关,但目前关于心脏发育的表观遗传学研究甚少。本项目探讨先心脏病致病微环境（risk niche）对干细胞向心肌分化和胚胎心脏发 育的调控机制，包括DNA甲基化、组蛋白修饰，microRNA, Exosomes等表观遗传学作用对 心肌分化和发育的关键基因的调控；以揭示先心病的表观遗传学调控规律，初步阐明疾 病发生发展的分子调控网络，为先心病的预警、诊断和潜在的分子治疗提供新思路和新靶标。 ② 研究目的与意义 本课题以心脏病致病微环境（risk niche）为主要研究对象，以染色质重塑因子Baf60c为切入点， 探讨先心病致病小生境（niche）对干细胞向心肌细胞分化的调控机制，包括DNA甲基化、组蛋白修饰对心脏发育相关基因调控的影响，以期揭示先心病的表观遗传学信息变化 规律，初步阐明疾病发生发展的分子调控网络，为先心病的分子预警、分子诊断和潜在 的分子治疗提供新思路和新靶标。 ③ 主要论点与论据 课题组研发了高效蛋白转导技术，能成功将纳米转导试剂修饰后的GATA4、Hand2、Mef2C、Tbx5（GHMT）转导至人皮肤成纤维细胞，并最终高效得到心脏祖细胞（piCPCs）。在这项技术建立的基础上，继续从GATA4、MEF2C、Nkx2.5、Tbx5、Mesp1、Hand2、Baf60c、UTX、AF9等九种心脏发育相关重组蛋白中筛选出适合不同来源间充质干细胞，如人脐带间充质干细胞（hUC-MSCs）和人骨髓间充质干细胞（hBM-MSCs），转分化成piCPCs的蛋白组合。结果，两种来源间充质干细胞对蛋白组合有不同的嗜性，GATA4、MEF2C、Mesp1、Tbx5（GMMT）等适合于hUC-MSCs，而GATA4、Nkx2.5、AF9、Tbx5（GNTA）等能高效诱导hBM-MSCs表达Isl1、Nkx2.5、Tbx5等piCPCs的标志蛋白，Isl1+/ Tbx5+细胞数达到50%-85%。这些蛋白诱导的心脏祖细胞亚型能够向心血管细胞三个谱系分化：心肌细胞（MHC+/cTnI+）、内皮细胞（CD31+）、血管平滑肌细胞（SMMHC+）。多种种子细胞来源piCPC细胞的构建对于先心病研究的体外细胞模型的建立、探索干细胞向心肌分化过程中异常发育机制、新药筛选、细胞移植治疗等运用具有重大意义。 ④ 创见与创新1）发现神经应激微环境改变能促进心肌细胞表型转化与组织重构。首次阐明了交感神经慢性应激与β受体-βARK1/β-arrestin-CREB信号通路异常的调节关系，发现循环淋巴细胞存在肾上腺素能β1、β2 和 β3 三种受体亚型，在不同程度心衰时，它们与心肌细胞变化规律一致，可作为心衰的预警标志物。2）发现炎性应激微环境与血管紧张素 II 受体系统的交互作用是诱发心脏细胞表型转化及组织重构的重要途径。首次发现慢性炎症与 AngⅡ交互作用于非经典 Smad3 信号通路导致纤维化、ACE/ACE2 比例失调促进心肌重构、 Apelin-APJ 信号通路发挥心血管保护作用等；首次发现糜酶（AngⅡ生成旁路）介导心肌纤维化是心肌重构的新途径，为心衰的防治提供了新思路。3）发现氧化应激微环境是心脏损伤修复的重要调控因素。在氧化应激处理的干细胞中，热休克因子1（HSF1）结合到miR-34a启动子上，使miR-34a启动子区域介导染色质开放的重要修饰——H3K4me3减少，而由EZH2催化生成的染色质关闭的重要修饰——H3K27me3增加，最终造成RNA转录酶 Pol-II在miR-34a启动子的结合减少，miR-34a转录下调，由此证实了miR-34a正是靶向抑制HSP70表达的microRNA。因此，表观遗传学调控可以减少心肌细胞凋亡，改善心功能。4） 开展了尼古丁抑制心肌分化和胚胎心脏早期发育及其表观遗传学调控机制研究。从体内、体外揭示持续的尼古丁干预能抑制小鼠胚胎心脏的发育和干细胞向心肌分化，阐明了妊娠致畸环境因素，如孕母主被动吸烟、孕早期接触毒瘾 物质可卡因、宫内缺氧等，会引起 DNA 甲基化、组蛋白甲基化等不同程度的表 观遗传学改变，导致了胚胎心脏祖细胞发育障碍，从而造成左室等功能性心肌细 胞分化迟缓、停滞，形成各种胎儿先天性心脏缺损。5）双酚 A 协同尼古丁对胚胎干细胞定向分化为心肌细胞的影响及其作用机制。发现 lncRNA-XY 是心脏发育异常的关键调控节点， 初步阐述了双酚 A 协同尼古丁引起干细胞心肌分化与心脏异常发育的机制，为孕妇、胎婴儿避免接触含 BPA 的塑料餐具、塑料水杯以及尼古丁等致畸化学物质 提供科学依据。 ⑤社会经济效益，存在的问题 本项目实施后，先后在Circulation、Cell Death & Disease、Stem Cell Report、Stem Cell Translational Medicine、Nature Reviews Cardiology、Circulation Research、Circulation、Stem Cells、J Cell Physiol、PLos One、Int J Cardiol、Mol Biol Rep、Life Sci等国际高水平学术期刊发表SCI论文24篇（其中国际合作论文8篇），中文核心期刊发表论文12篇，获得2项国家发明专利（ZL201210219310.3、CN201410823369.2），1项PCT国际发明专利（PCT/CN2015/072963）。先后培养了广州市珠江科技新星1名、广州市菁英计划留学项目获得者1名，硕士毕业生6名，博士毕业生4名，出站博士后2名。⑥历年获奖情况2016年获中国产学研结合创新个人奖（余细勇）。