Profil transcriptomique monocellulaire révélant la relation entre les fibroblastes cardiaques et l’angiogenèse : le rôle clé d’ANGPTL4 dans le HFpEF

Contexte

L’insuffisance cardiaque est l’un des principaux défis de santé à l’échelle mondiale. Elle se divise en deux catégories : l’insuffisance cardiaque avec fraction d’éjection préservée (heart failure with preserved ejection fraction, HFpEF) et l’insuffisance cardiaque avec fraction d’éjection réduite (heart failure with reduced ejection fraction, HFrEF). Le HFpEF représente 50 % des cas d’insuffisance cardiaque, touchant environ 32 millions de personnes dans le monde. Malgré sa prévalence élevée et son taux de mortalité important, les mécanismes physiopathologiques du HFpEF ne sont pas encore totalement compris, ce qui limite les options thérapeutiques efficaces. Par conséquent, l’étude approfondie de l’hétérogénéité cellulaire et des mécanismes sous-jacents du HFpEF, en particulier le rôle des troubles de l’angiogenèse, est devenue une priorité de recherche.

Le développement de la technologie de séquençage d’ARN monocellulaire (single-cell RNA sequencing, scRNA-seq) offre une opportunité sans précédent pour étudier la complexité de l’hétérogénéité cellulaire et de la communication intercellulaire. Grâce à la résolution monocellulaire, les chercheurs peuvent analyser plus précisément le rôle des différents types de cellules dans les maladies et leurs mécanismes de régulation mutuelle. L’équipe de recherche a utilisé la technologie scRNA-seq pour analyser de manière exhaustive le transcriptome des cellules non myocytaires dans le cœur atteint de HFpEF, révélant une relation potentielle entre les fibroblastes cardiaques (cardiac fibroblasts, CFs) et l’angiogenèse, et identifiant ANGPTL4 comme une molécule clé dans la régulation de ce processus.

Source de l’article

Cet article a été coécrit par Guoxing Li, Huilin Zhao, Zhe Cheng, Junjin Liu, Gang Li et Yongzheng Guo, tous membres de l’équipe de recherche de l’Université de médecine de Chongqing et de ses hôpitaux affiliés en Chine. L’article a été publié en 2025 dans le Journal of Advanced Research, sous le titre “Single-cell transcriptomic profiling of heart reveals ANGPTL4 linking fibroblasts and angiogenesis in heart failure with preserved ejection fraction”. Le DOI est 10.1016/j.jare.2024.02.006.

Méthodologie et résultats

1. Construction et validation du modèle murin de HFpEF

L’équipe de recherche a d’abord construit un modèle murin de HFpEF en utilisant un régime riche en graisses combiné à un inhibiteur de NOS, la L-NAME. Des souris mâles C57BL/6N âgées de 8 semaines ont été réparties en deux groupes : le groupe HFpEF, soumis à un régime riche en graisses et à la L-NAME, et le groupe témoin, suivant un régime normal. L’évaluation par échocardiographie et imagerie Doppler a montré que les souris du groupe HFpEF présentaient une fonction diastolique altérée et une tolérance à l’exercice réduite, tout en maintenant une fraction d’éjection normale, simulant ainsi les caractéristiques pathologiques du HFpEF.

2. Préparation et analyse des échantillons de séquençage d’ARN monocellulaire

Trois souris du groupe HFpEF et trois souris du groupe témoin ont été sélectionnées. Les tissus cardiaques ont été isolés et digérés enzymatiquement pour obtenir des suspensions monocellulaires. Les cellules non myocytaires ont été conservées pour des analyses ultérieures. Les bibliothèques d’ARN monocellulaire ont été préparées en utilisant le kit Chromium Single Cell 50 v2 de 10x Genomics, et les données ont été alignées et la matrice d’expression générée à l’aide de CellRanger. Le package Seurat a été utilisé pour l’intégration des données, le contrôle de qualité, la réduction de dimension, le clustering et l’identification des gènes différentiellement exprimés. Monocle 2 a été utilisé pour reconstruire les trajectoires pseudotemporelles des cellules, permettant une analyse approfondie de la différenciation cellulaire et de la dynamique transcriptionnelle.

3. Analyse des données monocellulaires et identification des sous-populations cellulaires

À partir de l’analyse scRNA-seq de six échantillons cardiaques, l’équipe a obtenu 53 040 cellules. Sur la base des gènes marqueurs spécifiques à chaque lignée cellulaire, dix types de cellules ont été identifiés, notamment les fibroblastes cardiaques (CFs), les macrophages (Macs), les cellules musculaires lisses (smooth muscle cells, SMCs) et les cellules endothéliales (endothelial cells, ECs). Dans le groupe HFpEF, les proportions de cellules liées à la vascularisation (comme les cellules endothéliales artérielles, aECs, et les cellules endothéliales veineuses, vECs) étaient significativement réduites, tandis que les proportions de cellules musculaires lisses et de cellules liées à l’immunité augmentaient, indiquant un trouble de l’angiogenèse et une réaction inflammatoire marquée chez les souris HFpEF.

4. Différenciation et analyse fonctionnelle des fibroblastes cardiaques

L’équipe a également analysé les sous-populations de fibroblastes cardiaques, les divisant en sept sous-groupes, incluant les CFs WIF1+ hautement antifibrotiques, les CFs CILP+ hautement fibrotiques et les CFs TXNIP+ à haut métabolisme. Dans le groupe HFpEF, les proportions de CFs CILP+ et TXNIP+ ont augmenté de manière significative, suggérant que ces fibroblastes avaient une activité fibrotique et métabolique plus élevée dans le HFpEF. L’analyse des trajectoires pseudotemporelles a révélé que les CFs évoluaient progressivement vers des phénotypes plus fibrotiques et métaboliques, confirmant ainsi leur rôle clé dans la progression pathologique du HFpEF.

5. Validation du trouble de l’angiogenèse et mécanismes moléculaires

Grâce au séquençage ARN en vrac et à l’analyse immunohistochimique, l’équipe a découvert que l’expression de plusieurs facteurs pro-angiogéniques était significativement diminuée dans le groupe HFpEF, avec une densité vasculaire réduite. Une exploration plus approfondie a révélé que les CFs interagissent avec les ECs par la sécrétion d’ANGPTL4, qui inhibe la voie de signalisation RAF/MEK/ERK, exerçant ainsi une fonction anti-angiogénique. Dans le groupe HFpEF, l’expression d’ANGPTL4 était significativement augmentée, suggérant qu’elle pourrait exacerber la progression pathologique en inhibant l’angiogenèse.

Conclusion de l’étude

Cette étude est la première à utiliser la technologie scRNA-seq pour révéler les caractéristiques transcriptomiques des cellules non myocytaires dans le cœur HFpEF, mettant en lumière le rôle crucial des fibroblastes cardiaques dans cette pathologie. Les résultats montrent que les fibroblastes cardiaques dans le cœur HFpEF interagissent avec les cellules endothéliales par la sécrétion d’ANGPTL4, inhibant ainsi l’angiogenèse et contribuant à la raréfaction de la microvascularisation cardiaque. De plus, l’étude suggère que la reprogrammation métabolique induite par un régime riche en graisses pourrait être un facteur clé dans la différenciation et les changements fonctionnels des cellules dans le HFpEF. Ces découvertes fournissent de nouvelles perspectives sur les mécanismes pathologiques du HFpEF et ouvrent la voie à la découverte de cibles thérapeutiques potentielles, notamment ANGPTL4.

Points forts de l’étude

1. Première analyse complète du transcriptome monocellulaire dans le cœur HFpEF : Grâce à la technologie scRNA-seq, l’équipe a réalisé une analyse systématique des cellules non myocytaires dans le cœur HFpEF, révélant l’hétérogénéité cellulaire et son rôle pathologique dans cette maladie.
2. Rôle clé des fibroblastes cardiaques dans le HFpEF : L’étude démontre que les fibroblastes cardiaques dans le cœur HFpEF interagissent avec les cellules endothéliales via la sécrétion d’ANGPTL4, inhibant l’angiogenèse, ce qui apporte un nouvel éclairage sur les mécanismes pathologiques.
3. ANGPTL4 comme cible thérapeutique potentielle : En utilisant l’outil d’apprentissage automatique DrugnomeAI, l’étude a prédit la druggabilité d’ANGPTL4, suggérant son potentiel en tant que nouvelle cible thérapeutique pour le HFpEF.

Importance de l’étude

Cette recherche fournit non seulement de nouvelles bases théoriques pour les mécanismes pathologiques du HFpEF, mais pose également les fondements pour le développement de stratégies thérapeutiques ciblant ANGPTL4. Grâce à une analyse approfondie des données monocellulaires, l’équipe a révélé les multiples fonctions des fibroblastes cardiaques dans le HFpEF, offrant ainsi des références précieuses pour une médecine de précision future dans le traitement de cette pathologie.