从RNA剪接看懂成人心脏为何会退回“胎儿模式”

我们可以把基因DNA理解成一本原始剧本：剧本里既有有用的核心剧情片段（外显子 Exon），也有需要被删减的过渡旁白（内含子 Intron）。DNA先转录出未经剪辑的半成品RNA（前体mRNA, Precursor mRNA），再通过3种剪辑方式加工，决定最终翻译出什么产物（如图1所示）。

图1 心血管疾病的剪接病理生理机制。图源：HUNT, Dakota R., et al. RNA splicing and cardiovascular disease: a guide for cardiologists.European Heart Journal, 2026, ehag374.

1.组成型剪接（Constitutive splicing）：固定剪辑，只产出1种蛋白

所有内含子全部切除，1-4号外显子按固定顺序拼接，只能翻译出唯一一种蛋白质。这种剪辑方式几乎没有调控空间，无法适应心脏发育、病理应激的动态需求。

2.可变剪接（Alternative splicing）：选择性剪辑，蛋白多样性的来源

心脏存在一类RNA结合蛋白（如RBM20、RBFOX、QKI等），能够结合前体mRNA的特定序列，调控外显子的保留、删减，改变剪接的拼接起点。同一个基因，能剪出十几种不同成品RNA，翻译出来的蛋白结构、功能完全不一样。

• 翻译出多种蛋白异构体（protein isoforms），也就是心脏里的“胎儿亚型”、“成人亚型”；

• 部分转录本无法编码蛋白，形成非编码RNA（ncRNAs），参与基因调控。我们熟知的TTN、SCN5A、CaMKIIδ等心肌关键基因，全部依靠可变剪接实现功能切换。

3.非经典反向剪接（Non-canonical splicing）：生成环状RNA（circRNA）

RNA不再按从左到右的正常顺序拼接，发生首尾反向成环，形成稳定的环状RNA。它就像分子缓冲海绵，用来吸附剪接调控蛋白，维持心脏剪辑系统稳定，也是心衰无创筛查的热门生物标志物。

一、生理状态：胎儿向成人剪接程序平稳转换

胎儿时期，心脏负荷低，主要表达RBFOX、CELF这类胎儿型剪接因子，基因剪出柔软、适合心肌增殖的胎儿蛋白亚型；婴儿出生后，体循环压力升高，RBM20、MBNL1等成人型剪接因子开始高表达，大规模重编程心肌基因剪接模式：肌小节、钙钠信号通路、细胞外基质相关基因全部切换为成人亚型，让心肌收缩更强、电活动更稳定，适配成年人持续泵血需求。

二、病理损伤：心衰诱发胎儿剪接亚型重现

当发生心肌缺血、病理性肥厚、心力衰竭时，剪接因子表达模式彻底反转：成人型剪接因子下调，胎儿型剪接因子重新激活，上千种胎儿特异性基因亚型再次大量表达。这种成熟心肌重回胎儿分子表达模式的现象，我们称之为胎儿剪接亚型重现，也是各类终末期心衰共同的分子特征。

三、两类高发遗传性心肌病致病通路：可变剪接异常

1.RBM20剪接因子突变→扩张型心肌病（dilated cardiomyopathy, DCM）

RBM20是心脏最核心的“成人剪辑总开关”，一旦该基因RS结构域（精氨酸-丝氨酸富集结构域）发生突变：

(1)突变后的RBM20蛋白无法正常进入细胞核调控剪接，大量滞留于细胞质，形成具有细胞毒性的核糖核蛋白（RNP）颗粒；

(2)全局剪接调控崩溃，TTN、CaMKIIδ、RYR2等关键心肌基因全部出现异常可变剪接；

(3)临床结局：心脏心室扩大、收缩功能下降，恶性心律失常、心源性猝死风险显著升高。

2.MYBPC3剪接位点突变→肥厚型心肌病（hypertrophic cardiomyopathy, HCM）

MYBPC3是肌小节核心编码基因，也是肥厚型心肌病最高发的致病基因：

(1)正常状态下基因遵循经典剪接模式；当剪接位点突变后，会激活原本沉默的隐蔽剪接位点；

(2)异常转录本会携带提前终止密码子，有两种结局：要么被细胞降解导致功能性蛋白不足，要么翻译出截短型异常蛋白后被蛋白酶体清除；

(3)肌小节结构蛋白缺陷，最终造成心肌异常肥厚、心室舒张受限。

图2 心血管疾病中的病理生理剪接。图源：HUNT, Dakota R., et al. RNA splicing and cardiovascular disease: a guide for cardiologists.European Heart Journal, 2026, ehag374

这篇综述梳理了RBM20、MYBPC3基因突变介导的剪接紊乱病理机制，阐释：当心肌发生缺血、病理性肥厚、心力衰竭时，会出现胎儿剪接亚型重现现象。

早在2013年，Ames等人^[2]利用大鼠主动脉弓缩窄（transverse aortic constriction, TAC）压力超负荷模型开展bulk转录组研究，实验发现：肥厚心肌与胎鼠心肌共享的mRNA剪接亚型，显著富集在细胞骨架组装、RNA加工、心脏发育、代谢酶相关基因集合中（如图3所示）。该结果有力证明：压力负荷诱导心肌肥厚时，会重新激活心脏发育阶段的mRNA剪接程序，提示心肌肥大在转录水平与转录后剪接调控层面，均重现胎儿心脏的分子特征。

图3 胎儿心脏发育与TAC过程中观察到的异构体表达之间的异同点。图源：AMES E G, LAWSON M J, MACKEY A J, et al. Sequencing of mRNA identifies re‑expression of fetal splice variants in cardiac hypertrophy[J]. Journal of Molecular and Cellular Medicine, 2013.

该现象后续在人类心衰心肌组织中得到验证。通过对比胎儿心脏、健康成人心脏、衰竭心肌样本，全局解析mRNA异构体丰度变化，观察到胎儿来源的剪接亚型在心衰样本中重新升高。但bulk测序仅能获得整块心肌组织的混合平均信号，无法区分该剪接重编程具体发生在哪一类心脏细胞中，难以完整捕捉细胞特异性剪接异常。

1.WGS测序：仅能预测突变，无法验证剪接功能异常

表1 WGS与RNA测序的差异

2.bulk RNA测序：细胞平均信号掩盖特异性剪接病变

心肌组织由心肌细胞、成纤维细胞、血管内皮细胞及免疫细胞等多种群体构成，bulk RNA测序检测的是所有细胞类型信号的平均值，某一细胞亚群的剪接异常可能被其他细胞群体的正常信号所掩盖。

因此，通过WGS+bulk长/短读RNA测序，始终无法回答一个关键问题：心肌的剪接紊乱、胎儿亚型返祖究竟发生在哪一类细胞中。

目前以10× Genomics液滴式高通量单细胞RNA测序为代表的主流转录组检测方案，在成熟心肌细胞研究中仍存在明显的技术适配瓶颈。成年心肌细胞体积大、呈长杆状且结构脆弱，长轴通常可达100-200μm，显著超过常规液滴式单细胞平台适宜处理的细胞尺度（<40μm），且在组织解离及微流控过程中容易发生细胞损伤，因此难以直接对完整成熟心肌细胞进行高通量捕获。目前此类研究通常采用提取细胞核并进行单核RNA测序（snRNA-seq）的方式规避细胞尺寸限制。然而，单核测序主要获取核内RNA，胞质中的大量成熟mRNA无法被完整纳入检测。

针对以上问题，百洋智心引入ICELL8 cx单细胞平台针对心血管研究的痛点做了专属优化。

图4 ICELL8 cx系统（外部视图）。A.废物容器 B.水箱和电子秤 C.洗瓶 D.加湿器（不可见）和加湿器水箱 E.台式电脑和显示器 F.单细胞热循环仪。图源：ICELL8 cx Single-Cell System

图5 ICELL8 cx内部环境仓。图源：ICELL8 cx Single-Cell System

下面这张表就为大家梳理该平台的核心技术优势，以及在心肌病、心衰剪接机制研究中的独特应用价值：

表2 ICELL8 cx系统研究可变剪接的核心优势

依托大数据与生物信息学平台，我们搭建了完整的转录组数据分析体系。平台覆盖从原始测序数据处理、基因表达定量，到下游差异基因筛选、功能富集、可变剪接识别、细胞拟时序、RNA速率及细胞间通讯等高级分析，集成Seurat、Monocle3、Cellchat等主流生信工具，为转录组层面挖掘生物学机制提供标准化、一体化分析解决方案。

图6 单细胞转录组（scRNA-seq）一站式生物信息分析流程。图源：百洋智心