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Nature最新研究:成人心臟的細(xì)胞組成
發(fā)布時(shí)間:2020-10-22 19:00:30來源:
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心血管疾病是全球主要的死亡原因。深入了解疾病機(jī)制和治療策略,就需要對健康心臟有分子水平的更深入了解,而了解心臟細(xì)胞的全部組成及其基因表達(dá)譜是這項(xiàng)工作的第一步。近日,Nature雜志在線發(fā)表了題為“Cells of the adult human heart”的研究論文,該研究使用大規(guī)模單細(xì)胞和核轉(zhuǎn)錄組的最新技術(shù)分析,描述了成人心臟六個(gè)解剖區(qū)域的特征。該研究結(jié)果強(qiáng)調(diào)了心肌細(xì)胞、周細(xì)胞和成纖維細(xì)胞的細(xì)胞異質(zhì)性,揭示了具有不同發(fā)育起源和特性的獨(dú)特心房和心室亞群。該研究定義了心血管系統(tǒng)的復(fù)雜性及其沿動(dòng)靜脈軸的變化。在免疫區(qū)中,該研究鑒別出具有炎性和保護(hù)性轉(zhuǎn)錄特征的心臟駐留巨噬細(xì)胞。此外,細(xì)胞-細(xì)胞相互作用的推論強(qiáng)調(diào)了心房和心室之間不同于骨骼肌的巨噬細(xì)胞-成纖維細(xì)胞-心肌細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)。該研究中的人類心臟細(xì)胞圖譜提高了我們對人類心臟的了解,并為今后的研究提供了健康對照。


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 圖1. 心臟的腔室結(jié)構(gòu)及電傳導(dǎo)系統(tǒng)示意圖


研究背景


心臟是一個(gè)復(fù)雜的器官,由四個(gè)形態(tài)和功能各不相同的腔室組成(圖1)。來自低壓右心房(RA)和右心室(RV)的脫氧血液被推進(jìn)肺部。含氧血液進(jìn)入左心房(LA)和左心室(LV),被全身壓力推動(dòng)流過全身。腔室由房間隔和室間隔分開,單向流動(dòng)由房室瓣和心室動(dòng)脈瓣形成。內(nèi)在的電生理系統(tǒng)將電脈沖從竇房結(jié)迅速傳播到房室結(jié),并沿著希氏束傳播到收縮起始的心尖。心臟解剖和功能復(fù)雜性需要對異質(zhì)性細(xì)胞群進(jìn)行精細(xì)的協(xié)調(diào),以便每個(gè)腔室都可在不同的壓力、張力和生物物理刺激下持續(xù)收縮和松弛。


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圖2. 成人心臟細(xì)胞組成的研究思路


研究方法與結(jié)果


如圖2所示,研究人員首先從捐獻(xiàn)的14個(gè)成人心臟中分離出位于六個(gè)不同區(qū)域(左/右室游離壁、左/右心房、左室心尖、室間隔)的單個(gè)細(xì)胞、細(xì)胞核和CD45+細(xì)胞,其中男女各7人。然后利用單細(xì)胞分析、成像技術(shù)等多種技術(shù),描繪了11種主要心臟細(xì)胞類型的特征,并發(fā)現(xiàn)心臟不同區(qū)域的細(xì)胞存在較大差異,且每個(gè)區(qū)域都有特定的細(xì)胞亞群。


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圖3. 心肌細(xì)胞的異質(zhì)性組成


研究結(jié)果顯示,心肌細(xì)胞存在很高的異質(zhì)性(圖3)。在心肌細(xì)胞中共鑒定出五個(gè)不同的細(xì)胞亞群,其中vCM1占左心室的63.9%,但在右心室僅占心肌細(xì)胞的36.7%;而與左心室(9.1%)相比,vCM2在右心室(39.9%)中更多。且這五個(gè)亞群的基因表達(dá)也各不相同,心房和心室心肌細(xì)胞之間的基因表達(dá)差異指向不同的發(fā)育起源。


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圖4. 血管細(xì)胞、間質(zhì)細(xì)胞和間皮細(xì)胞的異質(zhì)性組成


此外,研究人員還發(fā)現(xiàn)了17種具有不同解剖學(xué)和動(dòng)靜脈特性的內(nèi)皮細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞、周細(xì)胞和間皮細(xì)胞亞群(圖4)。細(xì)胞-細(xì)胞相互作用分析推測出內(nèi)皮細(xì)胞可與血管壁不同區(qū)段的細(xì)胞間存在關(guān)聯(lián)??傊瑔渭?xì)胞轉(zhuǎn)錄組測序(scRNA-Seq)、單核轉(zhuǎn)錄組測序(snRNA-Seq)和多重單分子熒光原位雜交(smFISH)能夠通過闡明心肌細(xì)胞在其微環(huán)境中的協(xié)調(diào)信號傳導(dǎo)來鑒定解剖特性、分子特征、細(xì)胞間網(wǎng)絡(luò)和空間關(guān)系。


 總結(jié) 


該研究展示了六個(gè)不同心臟區(qū)域的綜合性轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù),提供了迄今為止最大的健康對照框架。采用snRNA-Seq來確保大型心肌細(xì)胞(長/寬:~100/25μm)的高通量捕獲,采用scRNA-Seq來上采樣和富集內(nèi)皮細(xì)胞群和免疫細(xì)胞群。通過多重smFISH成像來描述所選細(xì)胞群的空間分布和細(xì)胞-細(xì)胞共定位。通過將心臟細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組及核轉(zhuǎn)錄組與骨骼肌和腎臟的轉(zhuǎn)錄組進(jìn)行比較,突出了心臟特異性細(xì)胞特征。該研究定義了成年健康心臟的細(xì)胞和分子特征,使其能夠?qū)崿F(xiàn)應(yīng)對不同生理和病理?xiàng)l件而作出反應(yīng)的功能可塑性。


關(guān)于心臟病及相關(guān)檢測的更多介紹,詳見:

《歐洲心臟病學(xué)會最新發(fā)布:成人先天性心臟病遺傳咨詢和基因檢測專家共識

最新AHA科學(xué)聲明:遺傳性心血管病的基因檢測

JACC:一項(xiàng)基于人群的遺傳性心臟病和心臟驟停復(fù)蘇患者的注冊研究


參考文獻(xiàn):Monika Litviňuková, Carlos Talavera-López, etal. Cells of the adult human heart. Nature, 2020.


https://www.nature.com/articles/s41586-020-2797-4(論文鏈接)


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