钙化性主动脉瓣病(CAVD)作为一种常见的心血管疾病，至今尚未发现能够有效干预或减缓其发病进程的药物。一旦CAVD症状严重，瓣膜置换手术成为唯一有效的治疗选择。因此，探寻有效的疾病靶点对于研发抑制瓣膜钙化的药物至关重要。尽管前期研究已通过构建CAVD的单细胞测序图谱，对瓣膜钙化的病理过程进行了深入分析，但其核心调节因子及具体分子机制仍存争议，特别是控制瓣膜间质细胞(VICs)成骨样转变的确切信号机制尚待阐明。

为了明确瓣膜钙化发生发展的信号机制与分子调控靶点，湖北时珍实验室、湖北中医药大学的许康教授、王春莉副教授团队联合华中科技大学附属协和医院董念国教授团队等国内多家单位开展科研攻关，于2024年7月8日在心血管领域的顶级期刊European Heart Journal上发表题为“Lumican promotes calcific aortic valve disease through H3 histone lactylation”的研究论文。本研究通过对9例从年轻、老年到钙化患者的人主动脉瓣膜样本进行单细胞测序及深度分析，成功地解析了VIC病理转化的全过程，并鉴定出了lumican (LUM)关键分子在CAVD中具有促钙化作用。进一步通过细胞分子生物学实验、转基因小鼠验证等证实了LUM通过促进细胞糖酵解导致乳酸堆积，进而产生组蛋白乳酸化修饰，造成瓣膜间质细胞成骨样病变。

研究团队选取年轻、老年到钙化患者，各3个重复，总计9个主动脉瓣膜样本进行高通量单细胞测序，鉴定到94277个细胞，根据基因表达进行细胞分群，共获得11个细胞簇，包括6个瓣膜间质细胞簇；2个钙化瓣膜间质细胞簇；1个瓣膜内皮细胞簇；以及2类免疫细胞簇。

图1. 单细胞测序分析人主动脉瓣膜样本

进一步通过拟时间分化轨迹分析，包括两个不同的阶段：从年轻组向老年组的过渡和老年组向瓣膜钙化组的过渡。观察到在第一阶段，大多数cluster1细胞簇在分化末端时出现，并且在这些细胞中特征基因LUM显著上调。此外，在钙化疾病的进展过程中，主要的细胞进化涉及cluster1细胞簇转化为钙化的细胞簇，并且LUM基因的上调在整个过程中持续存在。对钙化细胞簇特征基因进行GO和KEGG分析显示，这些富集在调节细胞形态发生、细胞外基质组织和组蛋白修饰方面表现出积极的生物学功能。

图2. 单细胞测序表明lumican (LUM)在CAVD的初始阶段起着重要作用

为了证实LUM与瓣膜钙化密切相关，科研团队首先从体内、体外、离体组织培养等四个维度包括人瓣膜组织样本、人离体瓣膜组织培养样本、细胞样本、动物样本，证实了LUM与钙化具有显著的正相关性。

图3. 不同钙化模型中LUM表达与钙化水平的相关性分析

紧接着，科研团队在许康教授、王春莉副研究员的引领下，通过敲除与过表达，从正反验证了LUM的促钙化作用。进一步通过构建双敲转基因小鼠，再次证实了LUM的促钙化作用。

图4. LUM在体外、离体和体内均具有促进主动脉瓣钙化的功能作用

在证实了LUM具有促钙化的作用基础上，科研团队进一步通过多组学分析、细胞分子生物学实验，证实了LUM通过介导糖酵解途径，促进H3组蛋白乳酸化修饰，产生促钙化的作用。这一“分子-代谢-表观修饰”的创新机制，为瓣膜钙化的病理过程提供了新的路径，为瓣膜钙化的治疗提供了新靶点。全文数据正图6幅，补充图19幅，表格7个，工作量大、创新性好。

图5. LUM促进主动脉瓣钙化过程中VICs的炎症和糖酵解

图6. LUM通过组蛋白乳酸化修饰促进瓣膜钙化

综上，本项研究通过高通量单细胞RNA测序(scRNA-seq)描绘了瓣膜间质细胞(VIC)病理转化的过程，并鉴定了lumican (LUM)作为一种重要分子在这一过程中的意义。在体外、离体和ApoE^-/-/LUM^-/-双敲除小鼠上证实了LUM的促钙化作用。LUM通过增强细胞糖酵解诱导VICs成骨，导致乳酸的积累。随后的多组学和分子生物学验证揭示了一种新的LUM驱动的H3组蛋白乳酸化修饰在促进瓣膜钙化中发挥重要作用。

图7. 图文摘要

湖北中医药大学许康教授为该论文的通讯作者，华中科技大学董念国教授为该论文的共同通讯作者，南京医科大学黄玉明博士为论文第一作者，湖北中医药大学王春莉副教授为该论文的共同一作/共同通讯作者。

原文链接：

https://doi.org/10.1093/eurheartj/ehae407