美国弗吉尼亚大学Kenneth Walsh研究组、Soichi Sano（第一作者）与瑞典乌普萨拉大学Lars A. Forsberg研究组合作在Science发文题为Hematopoietic loss of Y chromosome leads to cardiac fibrosis and heart failure mortality，通过构建Y染色体缺乏的骨髓细胞重组雄性小鼠，发现mLOY小鼠死亡率增加并且与心脏纤维化以及出现心脏衰竭，并开发了用于帮助改善和治疗该心脏功能障碍的方法。血液中Y染色体嵌合缺失最常见的是白细胞突变，并造成恶性血液癌症。造血系统中mLOY出现的频率增加主要与年龄以及吸烟状况相关【2-3】。另外，有研究表明70岁以上的老人中有40%会检测到mLOY，而在93岁的男性中这一比例则会达到57%【4】。mLOY缺失的患者各种与年龄相关的疾病发病率都出现了明显的提高，因此mLOY一定程度上被认为是基因组不稳定的表现以及生物衰老的标记【4】。为了研究mLOY与心脏衰竭等年龄相关的病理性发生过程因果关系，作者们利用CRISPR-Cas9基因编辑技术构建了小鼠造血mLOY模型。基因编辑的目标在于Y染色体着丝粒的重复DNA序列。作者们通过将慢病毒移植到骨髓细胞中，然后再将mLOY的血液细胞一直到致死辐照去除内在血液系统细胞的小鼠之中。为了最大限度地提高基因编辑的效率，作者们使用了内源敲入Cas9基因的小鼠。通过设计两个不同的gRNA，针对Y染色体上不同的重复序列。作者们发现Y染色体敲除的效率可以达到85-90%（图1）。通过核型分析以及Y染色体上基因表达的鉴定，作者们确认在小鼠血液系统中Y染色体被敲除。随后，作者们希望对mLOY小鼠在衰老阶段的特点进行表征，通过存活率以及心脏中纤维化水平的分析，发现mLOY的小鼠寿命与对照组相比较短，而且超声心动图分析揭示出与年龄相关的心肌疾病的加速进展。进一步地，作者们希望对mLOY在人体内与年龄相关心肌疾病后果的相关性进行分析，通过引入英国生物银行数据库的数据，发现mLOY与男性心血管疾病和心力衰竭死亡相关。这些结果分别在小鼠与人体内建立了mLOY与心力衰竭等疾病的相关性。那么两者之间具有因果关系吗？其中的机制又是如何的呢？为了揭开这一问题的答案，作者们在mLOY小鼠中进行了主动脉横缩手术，在小鼠中进行心脏衰竭的模拟。作者们发现与对照组相比，mLOY小鼠心力衰竭的后果会更为恶化，而这一现象的出现可能与成纤维细胞含量相关。进一步地，作者们想知道在心力衰竭过程中对照组与mLOY小鼠中细胞类型的差异以及转录水平的差异。首先通过相关细胞类型标记物免疫荧光检测，发现其中心脏免疫细胞发生了显著的变化。进一步通过单细胞RNA-seq，作者们发现与纤维化以及炎症相关的基因调节子在mLOY小鼠中发生了明显的变化，其中最主要的是TGFbeta信号通路。通过在mLOY小鼠中施用TGFbeta1抗体，作者们发现中和TGFbeta信号通路可以逆转mLOY小鼠心脏功能的异常。总的来说，该工作发现Y染色体的造血镶嵌缺失也就是mLOY与男性死亡和老年相关疾病的风险增加有关，通过建立Y染色体缺乏的骨髓细胞重组的雄性小鼠发现死亡率增加以及于衰老相关，表明造血mLOY与心脏纤维化、心脏功能障碍和男性死亡率之间存在因果关系。由于该工作的前瞻性以及所建立的因果关系，同期刊发了观点文章，题为Mosaic loss of Y chromosome during aging，对该工作所建立的因果关系以及TGFbeta抗体中和作用逆转心脏衰竭病理特征的结果进行了高度评价。https://www.science.org/doi/10.1126/science.abn3100
