英国、德国、加拿大等多家顶尖研究机构,构建了迄今为止最全的人类心脏单细胞图谱

导言：2020年9月，英国、德国、美国、加拿大的多家顶尖研究机构对心脏的近50万个单细胞进行了分析测序，构建了迄今为止最广泛的人类心脏细胞图谱。

心脏是人体循环系统的重要器官，心脏在人体血液循环中发挥的作用是巨大的，不可替代的。

心血管疾病是全球范围内主要的死亡原因。人们对心血管疾病的机制和治疗策略的深入了解，需要对心脏中涉及的分子过程有更深入的了解。而了解心脏细胞的全部组成及其基因表达谱是这项工作的基本第一步。

2020年9月，英国、德国、美国、加拿大的多家顶尖研究机构在顶级期刊《Nature》上发表了题为“Cells of the adult human heart”的研究论文。



研究团队对心脏的近50万个单细胞进行了分析测序，构建了迄今为止最广泛的人类心脏细胞图谱。该图谱显示了心脏细胞的巨大多样性，并揭示了心肌细胞类型、心脏免疫细胞以及复杂的血管网络。通过对大规模单细胞和细胞核转录组的最新分析，研究人员已经确定了6个心脏解剖区域的特征，有利于人类认知心脏运作过程并阐明心脏如何应对压力和疾病。

本研究的通讯作者之一、德国Max Delbruck分子医学中心 Norbert Hubner 教授表示：“这是第一次有人以这种大规模的单细胞测序方法研究人类心脏，对心脏细胞及其基因活动的全面认知，是了解心脏如何运作并阐明心脏如何应对压力和疾病的基本必要。”

在此项研究中，研究人员使用大型单细胞和单核转录组的最新技术，首先从14颗捐献心脏的6个区域分离细胞，这些心脏一半来自男性，一半来自女性。结果突出了心肌细胞，周细胞和成纤维细胞的细胞异质性，并揭示了具有不同发育起源和特殊特性的细胞的不同心房和心室亚群。

心脏解剖特征一

男性和女性心脏中的细胞分布通常相似。然而，在女性心脏中，左右心室的心肌细胞的平均百分比较男性高，并且与心室心肌细胞和成纤维细胞之间的负相关性更强。鉴于女性平均心脏质量较小，心肌细胞比例的差异是出乎意料的，并且如果得到证实，则可解释女性心搏量较高和心血管疾病较低发生率的原因了。

心脏解剖特征二

心肌细胞显示出高水平表达的基因，这些基因编码产生收缩力的肌节蛋白和参与钙介导的过程。研究人员在心室和心房心肌细胞中观察到明显不同的转录特征，反映了心肌细胞发育起源以及电生理、收缩和分泌过程的差异。

心脏解剖特征三

细胞间相互作用分析表明，内皮细胞与不同血管节段中的壁细胞之间存在联系。值得注意的是，许多静脉和动脉上皮细胞预测的相互作用与毛细血管上皮细胞共享，这表明沿动静脉轴的逐渐变化。

心脏解剖特征四

心脏成纤维细胞在心室和心房中具有区域性富集。这与心房成纤维细胞的独特功能特性（包括更强的纤维化反应）相一致。与其他区域相比，右心房中的FB4和FB5细胞数量较少，而左心室中的FB3细胞数量则较少。这些独特的成纤维细胞基因程序可能控制压力反应性心脏重塑并促进体内平衡。

心脏解剖特征五

研究人员在健康心脏中观察免疫细胞是如何与其他细胞相互作用和沟通的，并识别出具有炎症和保护性转录特征的心脏巨噬细胞，由此揭示免疫细胞在心血管系统中的复杂作用。

心脏解剖特征六

除此之外，研究团队还通过细胞-细胞相互作用的推断，突出了心房和心室之间不同的巨噬细胞-纤维细胞-心肌细胞网络，这与骨骼肌大相径庭。进一步的研究将包括研究心脏细胞是否可以被诱导自我修复。

研究人员希望该研究成果将为其他心脏区域（瓣膜，乳头肌和传导系统）的研究提供参考，推动心脏的其他研究。

参考资料：

https://www.nature.com/articles/s41586-020-2797-4

注：本文旨在介绍医学研究进展，不能作为治疗方案参考。如需获得健康指导，请至正规医院就诊。