用患者细胞定义可被药物纠正的异常网络
2020 年 12 月 10 日，Science 在线发表一项心脏瓣膜疾病候选分子研究。格拉德斯通研究所（Gladstone Institutes）、加利福尼亚大学旧金山分校（University of California, San Francisco，UCSF）与俄罗斯团队合作，在患者诱导多能干细胞（iPSC）来源内皮细胞中寻找能够纠正疾病相关基因网络的分子。
研究聚焦 NOTCH1 单倍剂量不足相关的钙化性主动脉瓣疾病。患者细胞与经基因纠正的同遗传背景细胞构成比较基础，后者用于定义较正常的表达状态。筛选检测 119 个代表基因，既包括网络中心节点，也包括分布在不同网络区域的基因。
网络推断显示，SOX7 和 TCF4 位于连接较多的位置，SMAD1 相对靠近外围。研究者因此关注药物能否同时改变多个异常节点及其相关基因，而后续对节点的干预实验进一步检验了这些关系。
从 1,595 种小分子到 8 个复核候选
团队利用两类对照细胞的表达数据训练 K 近邻算法，判断处理后的细胞状态更接近哪一组。留一交叉验证中，对照状态分类的准确率为 99.3%。
在 1,595 种小分子的初筛中，11 种使处理后的患者细胞被算法归入正常对照组。研究者同时使用层次聚类寻找表达模式向对照靠近的分子，再对初步候选开展验证。最终 8 种分子至少有一个重复样本在验证试验中被判为正常对照状态。
研究中检测的 9 种他汀均未被识别为能纠正网络的分子，这与既有瓣膜疾病临床试验的阴性结果一致。进一步的全转录组比较显示，XCT790 处理后的表达模式最接近对照；直接干预 SOX7 和 TCF4 也能纠正多项上调或下调的基因，支持这些节点在异常网络中的作用。全转录组比较还纳入了初筛命中、复核却未通过的 Fmoc-leu 作为阴性对照，帮助检验初筛分类与后续表达纠正的一致性。
在散发性患者瓣膜细胞中检验筛选结果
接下来，团队把研究扩展到没有按 NOTCH1 遗传背景筛选的患者原代瓣膜内皮细胞。比较包括 5 份正常三叶主动脉瓣、9 份钙化三叶主动脉瓣和 12 份钙化二叶主动脉瓣来源样本。两类钙化细胞的异常基因集合高度重叠，涉及血管生成、剪切应力反应及多条发育相关通路。与正常三叶瓣细胞相比，钙化三叶瓣细胞有 1,161 个基因表达异常，其中 1,082 个也在钙化二叶瓣细胞中异常；后者的异常基因总数为 3,130 个。
XCT790 分别使钙化三叶瓣和二叶瓣细胞中约 71% 和 69% 的异常表达基因恢复至正常参照水平。SOX7、TCF4、SMAD1 等节点及相关网络也向正常状态变化，说明患者 iPSC 模型中识别出的网络异常与散发性疾病存在共同部分。
研究还发现 ERG、ELK3 等与细胞命运有关的节点发生异常，XCT790 可使其中多项表达向正常水平恢复。作者据此讨论，药物可能通过影响细胞状态转换来作用于瓣膜钙化；这些网络变化为后续机制研究提供了具体对象。
小鼠结果与尚未明确的作用机制
团队在 NOTCH1 单倍剂量不足并伴端粒缩短的瓣膜病小鼠中比较候选分子。部分体外命中的分子未能改善瓣膜血流指标；TG003 的初步改善趋势在后续试验中未达到统计学显著。XCT790 则降低了跨主动脉瓣峰值流速，并减轻主动脉瓣和肺动脉瓣增厚。
对已经出现瓣膜功能异常的小鼠，XCT790 阻止了病情继续进展，部分动物出现逆转。治疗后，出现钙化的风险呈下降趋势；在仍发生钙化的动物中，钙化范围减少了 91%，这一差异达到统计学显著。瓣膜中表达成骨调控因子 RUNX2 的细胞比例也降低，提示成骨样转变受到抑制。
转录组比较进一步区分了同一遗传背景下已经发生瓣膜病变和尚无明显病变的小鼠。出现疾病的小鼠中，异常表达涉及类固醇激素受体活性、骨生长及 WNT 信号。XCT790 使其中 77% 的异常表达基因向正常参照恢复，其整体表达模式也更接近健康瓣膜组。
XCT790 已被标注为雌激素相关受体 α（estrogen-related receptor alpha，ERRα）的反向激动剂。研究观察到相关靶基因变化，但单独抑制 ERRα 未能完全重现 XCT790 的网络纠正作用，提示还可能存在其他作用机制。作者将它视为值得继续研究的候选分子，并提出进一步检验其对瓣膜疾病长期进程的影响。