人类心脏发育的详细地图中揭示了前所未见的细胞

迄今为止最全面的人类心脏发育细胞“图谱”是使用尖端技术制作的，其中包括前所未见的细胞类型。

科学家刚刚发布了迄今为止最详细的人类心脏发育图。

该图谱包含 75 种心脏细胞，其中包括心脏瓣膜和为心脏跳动提供动力的肌肉中以前从未见过的细胞类型。它显示了这些细胞和其他细胞如何组织形成子宫内心脏的不同内部结构。这项研究于周三（3 月 13 日）发表在《自然》杂志上，还揭示了心脏发育过程中不同细胞如何相互作用。

“我们第一次能够以高分辨率观察心肌细胞如何组织形成心脏的不同结构，类似于放大 Google 地图中的各个房屋，”Elie Farah，该研究的负责人第一作者、加州大学圣地亚哥分校 (UCSD) Neil Chi 研究实验室的博士后学者在一封电子邮件中告诉《Live Science》。

为了绘制地图，法拉和他的同事研究了捐赠给加州大学圣地亚哥分校围产期生物储存库的整个人类心脏，这是一个用于研究人类怀孕的组织库。研究中的心脏是在胎儿发育第 9 周至第 16 周之间捐赠的。在这个阶段，心脏已经从一个简单的管发展为四个不同的腔室，但它仍然比成人心脏小得多。 

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研究人员使用的一项技术是单细胞 RNA 测序，这使他们能够观察每个心脏细胞内一种称为 RNA 的遗传物质。 RNA 将基因中存储的蓝图携带到细胞的蛋白质构建工厂，因此分析 RNA 可以帮助科学家识别不同类型的细胞。

本研究中使用的另一种技术称为“多重抗错荧光原位杂交”，简称 MERFISH。它是由加州大学圣地亚哥分校表观基因组学中心副主任、新论文的共同高级作者朱全于 2019 年提出的。这种方法使研究人员能够检测和量化每个细胞中数百个基因的 RNA 转录本（复制的蓝图），同时记录器官中细胞的解剖位置。

Zhu 与 Chi 的实验室合作，利用这项尖端技术来研究人类心脏如何发育，成为“第一个应用 MERFISH 技术以空间分辨单细胞分辨率研究人类发育心脏的研究团队”，Zhu 在《生命科学》杂志上说道。电子邮件。换句话说，MERFISH 使团队的地图能够捕获胎儿心脏内单个细胞的特征和坐标。

Zhu补充说：“我们不仅能够识别出成人心脏中不存在的、发育中心脏特有的意想不到的细胞类型，还能更深入地了解为什么我们的左心在很早的阶段就与右心不同。”例如，在左下心室或左心室中观察到比右心室更多的心肌细胞层，表明左心室比右心室发育早。

除了分析整个心脏外，该团队还进行了小鼠基因研究和人类干细胞的实验室测试。这些展示了不同类型的细胞如何相互通信以驱动心脏内部结构的发育。

例如，他们观察了心室中肌肉细胞之间的相互作用；成纤维细胞或有助于结缔组织形成的细胞；和排列在血管上的内皮细胞。这些相互作用可能在心室壁的形成中发挥作用。

“这是一篇具有里程碑意义的论文，”德国马克斯德尔布吕克中心教授兼小组组长诺伯特·胡布纳（Norbert Hübner）在一封电子邮件中告诉《生活科学》，他没有参与这项研究。他说，研究人员分析 RNA 的方式“可以作为在单细胞水平上理解器官功能并识别发育中心脏中临床相关细胞状态和生态位的模型”。

发育中心脏的综合图谱有一些非常重要的应用。

“这些数据对于先天性心脏病（人们与生俱来的心脏缺陷）的未来研究至关重要，并为旨在替代丢失或功能失调的心肌（心肌）的再生医学方法提供信息，”高级讲师兼小组负责人 Michela Noseda 博士伦敦帝国理工学院的一位教授没有参与这项研究，他在一封电子邮件中告诉《生活科学》。

尽管这本地图集的细节是前所未有的，但更好的版本正在酝酿之中。

Farah 说，下一步是创建人类心脏发育的完整 3D 模型。然后，研究人员希望跟踪心脏随时间的发育情况，以创建“人类心脏发育的 4D 图集”——基本上是一种心脏发育的“电影”，可以让科学家更好地理解这一关键过程。