FGFR1 抑制剂成 DCM 新希望：整合多维度研究证实其抗心肌纤维化与心脏保护作用

扩张型心肌病(DCM)以左心室扩大与功能受损为特征，心肌纤维化是导致其心功能恶化、心律失常及死亡风险升高的核心病理机制，但目前缺乏针对性抗纤维化治疗手段。

传统研究多依赖转录组或组织学单一维度分析，难以建立基因表达与纤维化程度的精准关联;且体外模型(如二维细胞培养)无法复现心肌三维结构与细胞互作，体内模型与人类病理特征存在物种差异，阻碍了治疗靶点的发现与验证。成纤维细胞生长因子受体 1(FGFR1)在组织纤维化中起调控作用，但在 DCM 心肌纤维化中的功能及作为治疗靶点的潜力尚未明确。

本研究通过整合转录组 - 组织学分析、人诱导多能干细胞(iPSC)衍生心肌类器官模型及小鼠体内验证，系统挖掘 DCM 纤维化的关键靶点，评估 FGFR1 抑制剂的抗纤维化与心脏保护效应，为 DCM 治疗提供新策略。

来自日本京都大学、京都大学 iPS 细胞研究与应用中心的团队在《JACC: Basic to Translational Science》发表题为Integrative Transcriptomic-Histological Analysis in Dilated Cardiomyopathy Unveils FGFR1 Inhibition as Anti-Cardiac Fibrotic and Cardioprotective Therapy的研究。

关键结果：

转录组 - 组织学整合分析：WGCNA 识别出与 DCM 纤维化强相关的紫色模块，其中 FGFR1、MMP2 等基因表达与纤维化面积显著正相关(r=0.47)，且 FGFR1 磷酸化水平在高纤维化样本中升高;

类器官模型验证：AZD4547 可显著下调纤维化类器官中 COL1A1、TGFB1 等标志物表达，减少 FN1/COL1 沉积，而其他抑制剂无显著效果;

小鼠体内疗效：AZD4547 处理使模型小鼠 LVEF 提升 20%，纤维化面积减少 50%，scRNA-seq 显示其可抑制成纤维细胞活化(减少 Col1a1⁺/Col1a2⁺成纤维细胞比例)，并增强心肌细胞 - 内皮细胞间 NPR1 信号;

细胞机制：FGFR1 激活主要发生在成纤维细胞(VIM⁺)，而非心肌细胞(cTnT⁺)，AZD4547 通过抑制成纤维细胞 FGFR1 信号发挥抗纤维化作用。

实验方法：

1.临床样本收集与分析

样本来源：建立 “心肌活检登记系统”，纳入 58 例确诊 DCM 患者(左心室射血分数 LVEF<50%，排除继发性心肌病)，获取右心室间隔心肌活检组织，同时收集临床数据(超声心动图、心脏磁共振 CMR、基因检测);

转录组分析：对活检组织进行 RNA 测序(RNA-seq)，通过加权基因共表达网络分析(WGCNA)筛选与 DCM 表型(纤维化、BNP、LVEF)相关的核心模块及枢纽基因;

组织学量化：开发 “HALO AI” 机器学习系统，对弹力纤维 - 马松染色切片进行纤维化区域自动识别与定量，计算纤维化面积百分比，并关联基因表达数据。

2.iPSC 衍生心肌类器官模型构建与验证

类器官制备：将人 iPSC 分化为心室心肌细胞与心外膜细胞，通过 “基础培养基 + 代谢成熟剂(视黄醇、地塞米松等)” 诱导三维心肌类器官成熟，再用 TGFβ1 + 异丙肾上腺素诱导纤维化模型;

靶点验证：分别用 FGFR1 抑制剂(AZD4547)、MMP2 抑制剂(ARP100)、HRH2 抑制剂(法莫替丁)处理纤维化类器官，通过 qPCR 检测纤维化标志物(FN1、COL1A1、TGFB1)、免疫荧光(FN1、COL1A1)及 ELISA(MMP2)评估抗纤维化效果。

3.小鼠体内模型与药效评估

疾病模型：通过渗透泵持续输注血管紧张素 II(Ang II)+ 去氧肾上腺素(PE)1 个月，构建 DCM 样心肌纤维化小鼠模型;

药物干预：模型小鼠每日口服 FGFR1 抑制剂 AZD4547，对照组给予生理盐水，35 天后通过超声心动图(LVEF、缩短分数)评估心功能，天狼星红染色量化心肌纤维化面积;

单细胞分析：对小鼠左心室组织进行单细胞 RNA 测序(scRNA-seq)，解析 AZD4547 对心肌细胞、成纤维细胞等亚群及细胞间通讯(FGF、NPR1 信号通路)的影响。

4.分子机制验证

免疫组化 / 共定位：检测人 DCM 活检组织与小鼠模型中 FGFR1 磷酸化(p-FGFR1)水平，通过共荧光染色(p-FGFR1 与 cTnT/VIM)明确 FGFR1 激活的细胞类型;

信号通路分析：通过 GO 富集、CellChat 工具分析 AZD4547 处理后差异表达基因及细胞间信号(如 FGF-FGFR1、NPR1 通路)的变化。

实验结果

图 1：DCM 转录组模块与临床表型的关联

该图展示 WGCNA 分析结果：(A)模块 - 表型关联热图：紫色模块与 DCM 诊断、BNP 水平、左心室舒张末期直径呈正相关，与 LVEF 呈负相关(r=-0.51)，是最核心的 DCM 相关模块;(B)紫色模块枢纽基因网络：HSPA4、RAB15、ANKRD1、DNAJB5、FSTL3 为前 5 大枢纽基因(连接度 > 7.2)，且模块中包含 9 个纤维化相关基因(如 FSTL3、HBEGF)。图示通过转录组模块分析锁定与 DCM 病理核心相关的基因集群。

图 2：DCM 心肌纤维化的组织学 - 基因表达关联

该图验证纤维化与基因的关联：(A)HALO AI 工作流程：分 “定义组织类别(纤维化 / 心肌纤维等)- 训练网络 - 应用分类器” 三步实现纤维化自动量化;(B)染色与 AI 分类示例：弹力纤维 - 马松染色切片中，AI 可精准区分纤维化区域(绿色)与心肌区域(红色);(C)58 例 DCM 样本纤维化面积分布：均值 16.3±7.8%;(D-E)基因关联：纤维化面积与 114 个纤维化相关基因的中位表达显著正相关(r=0.46)，MMP2、FGFR1 等基因表达与纤维化面积相关性最高;(F-G)CMR 验证：延迟钆增强(LGE⁺)样本的 MMP2 表达显著高于 LGE⁻样本。图示建立了基因表达与纤维化程度的直接关联，筛选出 FGFR1、MMP2 等候选靶点。

图 3：iPSC 心肌类器官纤维化模型的验证

该图构建并验证体外模型：(A)类器官制备流程：iPSC 分化为心肌 / 心外膜细胞→三维类器官成熟→TGFβ1 + 异丙肾上腺素诱导纤维化;(B-C)免疫荧光：纤维化类器官中 FN1(红色)沉积显著增加，GFP 标记的心外膜细胞周围胶原聚集;(D-F)MMP2 验证：纤维化类器官中 MMP2 mRNA 及分泌量显著升高;(G)抑制剂筛选：仅 AZD4547 可显著降低 FN1 表达，其他抑制剂无效果。图示类器官可模拟心肌纤维化，且 FGFR1 是关键调控靶点。

图 4：FGFR1 抑制剂在类器官中的抗纤维化机制

该图解析 AZD4547 的作用：(A-B)人 DCM 样本：高纤维化样本中 p-FGFR1/FGFR1 比值升高;(C)共定位：p-FGFR1(红色)仅与成纤维细胞标志物 VIM(绿色)共定位，不与心肌细胞 cTnT 共定位;(D)类器官干预方案：纤维化诱导后用 AZD4547 处理;(E-H)分子与表型：AZD4547 下调 TGFB1、COL1A1 等基因，减少 FN1/COL1 沉积;(I-K)信号抑制：AZD4547 可消除成纤维细胞中 p-FGFR1 信号。图示 FGFR1 在成纤维细胞中激活，AZD4547 通过抑制该信号发挥作用。

图 5：AZD4547 处理后的转录组变化

该图分析基因表达差异：(A)热图：AZD4547 处理使纤维化类器官的基因表达模式向健康类器官靠拢;(B)火山图：POSTN、COL5A1 等纤维化基因显著下调;(C-D)GO 富集：下调基因富集于 “细胞外基质组织”，上调基因富集于 “心肌收缩”“心脏传导”。图示 AZD4547 可逆转纤维化相关基因表达，同时恢复心肌功能相关通路。

图 6：AZD4547 在小鼠模型中的心脏保护效果

该图展示体内疗效：(A)实验设计：Ang II+PE 输注构建模型，同步口服 AZD4547，35 天后检测;(B-C)超声结果：AZD4547 处理使左心室舒张末期直径(LVDd)减小，LVEF 提升 20%;(D-E)组织学：天狼星红染色显示 AZD4547 组纤维化面积显著减少，接近正常对照。图示 AZD4547 在体内可改善心功能、减轻纤维化。

图 7：小鼠心肌单细胞亚群分析

该图解析细胞水平变化：(A)左心室单细胞 UMAP：识别出心肌细胞、成纤维细胞、内皮细胞等 7 大类细胞;(B-C)成纤维细胞亚群：PE/Ang II 诱导后，Col1a1⁺/Col1a2⁺活化成纤维细胞(集群 5/6)比例升高，AZD4547 处理可逆转该趋势;(D)基因表达：成纤维细胞中 Col1a1、Mmp2 在模型组上调，AZD4547 处理后下调;(E-G)心肌细胞与信号：AZD4547 可增加高氧化代谢型心肌细胞(集群 2)比例，且 FGFR1/MMP2 仅在成纤维细胞中被 AZD4547 抑制。图示 AZD4547 可重塑心肌细胞与成纤维细胞亚群，且作用具有细胞特异性。

图 8：AZD4547 对细胞间信号的调控

该图分析细胞通讯变化：(A-B)信号网络：AZD4547 处理后，心肌细胞 - 成纤维细胞间的 FGF 信号显著减弱;(C-D)通路排名：FGF 信号是 AZD4547 下调最显著的通路，而 NPR1 信号(心肌细胞 - 内皮细胞)显著增强;(E)基因表达：AZD4547 处理使心肌细胞中 Nppa、Nppb(NPR1 配体)表达升高。图示 AZD4547 通过抑制 FGF 信号、增强 NPR1 信号发挥双重保护作用。

全文总结

本研究由日本京都大学团队开展，在《JACC: Basic to Translational Science》发表成果，核心是通过 “临床样本整合分析 - 类器官验证 - 动物模型验证” 的三级研究体系，证实 FGFR1 是 DCM 心肌纤维化的关键靶点。研究首次建立转录组与组织学的精准关联，发现 FGFR1 表达及磷酸化水平与 DCM 纤维化程度正相关;在人 iPSC 心肌类器官中验证 AZD4547 的抗纤维化效果;在小鼠模型中进一步证实其可改善心功能、减少纤维化，并通过单细胞分析揭示其机制 —— 特异性抑制成纤维细胞 FGFR1 信号，同时增强心肌细胞 - 内皮细胞间 NPR1 信号。该研究不仅为 DCM 抗纤维化治疗提供了新靶点与候选药物，还建立了 “临床 - 体外 - 体内” 一体化的研究范式，为其他心脏纤维化疾病的机制研究与药物研发提供参考。局限性在于临床样本仅来自右心室间隔，可能无法完全代表左心室病理;且未开展 FGFR1 基因敲除的机制验证，未来需结合基因编辑模型进一步明确作用特异性。