心房纤颤是全球最常见的持续性心律失常，影响约5900万人。心房心肌细胞（aCMs）和心室心肌细胞（vCMs）在心脏周期中承担不同功能，这些功能依赖于数千基因的选择性表达，且由特异的表观遗传调控程序和染色质组织维持。房颤的发生通常伴随着心房冲动的传导异常和不协调收缩，显著提高卒中和心力衰竭的风险，并给医疗系统带来巨大经济负担。

转录因子TBX5（T-box 5）是心房节律正常维持的关键因子。先前研究表明，TBX5失活导致心房特异性增强子区域染色质可及性下降、染色质环路异常以及心房心肌细胞表型丧失，最终诱发自发性房颤。然而，TBX5维持增强子可及性的机制尚不明晰。TBX5已知能与两类染色质重塑复合物相互作用：一是BAF复合物，其子单位BRG1可促进心脏发育及特定基因表达；二是NuRD复合物的核心ATP酶CHD4，主要参与转录抑制。CHD4在心肌细胞发育中抑制非心肌系基因，如骨骼肌和血管平滑肌相关基因，维持心肌细胞身份稳定性。

研究目的

本研究旨在阐明TBX5如何通过调节染色质结构影响心房心肌细胞基因表达，重点探讨CHD4在此过程中的作用及其与TBX5的协同机制。同时，评估CHD4缺失对心房结构、功能及房颤易感性的影响，揭示CHD4在维持心房节律稳态中的生物学意义。

研究方法

研究团队构建了小鼠模型，通过腺相关病毒（AAV9）载体介导心房心肌细胞特异性敲除TBX5（Tbx5AKO）或CHD4（Chd4AKO）。利用多组学技术，包括单核转录组测序（snRNA-seq）、单核染色质开放性分析（snATAC-seq）、染色质免疫沉淀测序（ChIP-seq）、切割靶向释放测序（CUT&RUN）以及基因表达谱分析，系统解析TBX5与CHD4在基因组上的结合位点、调控网络及染色质状态变化。通过心电图（ECG）监测小鼠心律变化，评估房颤发生及易感性。同时结合心脏超声检查、组织学染色及免疫荧光染色，分析心房形态学及炎症细胞浸润。

研究结果

1. TBX5促进CHD4在心房心肌基因组上的募集。ChIP-seq显示TBX5缺失显著降低了CHD4在33170个基因组位点上的结合，称为TBX5增强的CHD4结合位点。该区域富集心脏特异性转录因子结合位点，如MEF2、GATA4和CTCF，表明TBX5通过与其他心脏转录因子协同调控基因表达。

2. CHD4在心房心肌细胞中既执行经典的转录抑制功能，也具备激活作用。传统观点认为CHD4作为NuRD复合物核心组分主要抑制非心肌系基因，如骨骼肌和平滑肌特异基因。研究发现，CHD4缺失导致这些非心肌基因异常激活。更重要的是，研究揭示TBX5招募的CHD4在特定基因位点增加染色质可及性，激活心房心肌特异基因表达，体现其激活功能。

3. CHD4缺失引起心房重塑及免疫细胞浸润。Chd4AKO小鼠心脏组织学显示心房纤维化显著增加，而心室变化不明显。免疫荧光染色发现心房中CD45阳性免疫细胞数量增加，提示炎症反应加剧。

4. CHD4缺失增加房颤易感性。多时点心电图分析显示，部分Chd4AKO小鼠出现自发性房颤（表现为无P波、RR间期不规则波动）。程序性心房刺激诱发试验显示Chd4AKO小鼠房颤诱发率和持续时间明显高于对照组。

5. CHD4与TBX5互相促进对方在基因组上的结合。CUT&RUN实验证实CHD4缺失降低TBX5在部分调控区域的结合，且TBX5缺失同样影响CHD4结合，说明两者在染色质上的结合具有依赖性和协同效应。

6. 通过多组学整合发现，CHD4缺失导致心房心肌细胞特异基因表达整体下调，非心肌系基因上调，伴随染色质可及性显著变化。基因本体（GO）分析显示CHD4激活基因富集于肌肉功能和细胞连接，抑制基因涉及免疫和重塑相关通路。

7. CHD4和TBX5共同调控多个人类房颤相关基因（42个），如MYL4等。功能实验显示，TBX5和CHD4协同激活MYL4增强子，促进其表达，暗示二者调控网络与房颤遗传易感密切相关。

TBX5 将 CHD4 招募至基因组位点

研究结论

本研究首次揭示染色质重塑酶CHD4作为一个双功能因素，在心房心肌细胞中既可作为转录抑制因子，防止非心肌系基因异常表达，又具备重要的转录激活作用，促进心房特异基因表达。TBX5通过招募CHD4维持心房心肌细胞增强子可及性，确保心房正常节律。CHD4缺失导致房颤易感性增加，提示其为维持心房节律稳态的必需因子。该发现丰富了对心脏表观遗传调控机制的理解，为房颤发病机制及潜在治疗靶点提供新视角。

研究局限性与未来展望

尽管研究明确了TBX5与CHD4的协同作用及CHD4的激活新功能，但具体的分子机制仍需进一步解析，如CHD4激活功能是否依赖于NuRD复合物或其他新型复合物。此外，CHD4与其他心脏转录因子（如GATA4、NKX2-5）在基因调控中的协同关系也需深入研究。未来研究可探索CHD4在人体房颤中的遗传变异及其表观遗传调控动态，助力精准医疗策略开发。

原始出处

Sweat ME, Shi W, Sweat YY, Li J, Li J, Keating EM, Ponek A, Ma Q, Park C, Trembley MA, Wang Y, Hou C, Bezzerides VJ, Conlon FL, Pu WT. TBX5 and CHD4 Coordinately Activate Atrial Cardiomyocyte Genes to Maintain Cardiac Rhythm Homeostasis. Circulation. 2025 Aug 13. doi: 10.1161/CIRCULATIONAHA.125.073833. Epub ahead of print. PMID: 40799140.

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