心脏单细胞图显示了普遍的细胞多样性

单个细胞的研究极大地扩展了对种种器官系统的生物学明白，但在心脏研究中，一些基本问题仍然存在。人类心脏有若干种细胞？这些细胞在心脏的差别区域有差别的显示吗？种种细胞类型若何影响心脏康健和疾病？

为了辅助回覆这些问题，各个研究所的周详心脏病实验室的研究人员现在已经绘制出了迄今为止最全面的人类心脏高。通过研究来自7个康健心脏的近30万个单个心脏细胞，研究小组确定了该器官中的9种主要细胞类型和20多个亚型。研究人员还发现了跨器官差别部位的基因表达模式，以及可能与常见心血管疾病有关的细胞类型。

领会所有差别的细胞以及它们在康健的人类心脏中是若何转变的，这使得研究人员能够深入领会这些细胞在疾病中的差别行为。这一知识可以辅助科学家在心血管疾病涉及的特定心脏细胞类型中发现新的药物靶点。

细胞的心脏

数十年的心脏研究集中在心脏的肌肉身分，即心肌细胞，辅助心脏缩短。然则心肌细胞依赖于庞大的特殊细胞聚集来保持心脏的跳动，研究人员长期以来一直在争论人类心脏中的主要细胞类型是什么。

近年来，研究逐渐认识到心脏是一个真正庞大的细胞混合物，有许多未被开发的生物学知识需要我们去明白。

由于心肌细胞体积太大，无法用这些方式中使用的尺度流体装置举行处置，因此纵然接纳现代单细胞测序手艺，人类心脏细胞的研究也具有挑战性。相反，这项新研究背后的团队接纳了一种差别的方式：单核测序，它剖析细胞，剖析单个细胞核中的RNA，而不是从完整的细胞中提取。这种方式使他们能够观察整个人类心脏的细胞，界说他们的基因表达谱，并探测比以前可能的更有数的细胞类型。

研究小组通过剖析来自心脏四个室的287269个单个细胞核，确定了数目惊人的心脏细胞类型和亚型。许多人以为心脏是相对同质的。细胞亚型的数目、多样性的水平，以及纯粹的庞大性都让人谦卑。

单核数据还显示，在某些细胞类型中，细胞基因表达谱因心室而异。例如，与其他心室相比，心脏的常驻免疫细胞在右心房显示出显著的基因表达模式。

心脏各室的心肌细胞是差别的。但不知道所有其他的支持细胞在差别的腔室中的流动也会有所差别。因此，需要领会这些细胞在它们所来自的腔室环境中的情形，这一发现确实是一个令人惊讶的主要发现。

心脏总图

这项研究还为科学界缔造了一个主要的新资源：心脏参考图，以更好地领会疾病中的错误。

心血管疾病，如心力衰竭和中风，每年在全世界造成数百万人殒命。若是没有康健人心脏的细胞基线图，领会这些疾病的遗传学一直是一个挑战。

为了辅助将心脏病遗传学纳入细胞环境，研究人员将他们的单核数据与先前基于人群的疾病研究的遗传关联数据相结合。他们发现心脏内的细胞类型最有可能在常见的心血管疾病中起作用，如心脏病发作和心房颤动，心脏不规则地跳动。

科学家们还寻找表达与疾病有已知联系的基因的心脏细胞类型，以确定心血管疾病潜在的新药靶点。研究显示，大多数可药物治疗的基因只在三种心脏细胞中表达：制造和维持结缔组织的成纤维细胞、心肌细胞和脂肪细胞。

总之，这些对心脏单个细胞以及它们在康健和疾病方面若何转变的洞察，将使研究人员能够在疾病特异性细胞类型中确定新的治疗靶点，为心血管疾病的药物发现事情提供动力。

这是迄今为止人类心脏最大的单核研究展现了几种新的细胞类型和种种基因表达模式。拥有这样一个康健的基线非常主要，希望将其扩展到其他领域。

泉源：Nathan R. Tucker et al. Transcriptional and Cellular Diversity of the 

Human Heart, Circulation (2020).

《血管与腔内血管外科杂志》

2020.06.08