為了深入了解心血管疾病的機制和治療策略，洞悉人類健康心臟的分子組成，一個跨國研究小組繪制了人類心臟六個區域的近五十萬個細胞的單細胞轉錄組圖譜。這是迄今為止最詳細的人心臟單細胞轉錄組圖譜，揭示了心臟各區域細胞的異質性，為將來的心臟病研究和治療提供依據。
??該研究由哈佛醫學院、劍橋大學和帝國理工學院等機構的科學家共同進行，并于9月24日發表在《自然通訊》雜志上，題為“Cells of the adult human heart”。
??該研究是人類細胞圖譜計劃（Human Cell Atlas）的一部分，該項目由Chan Zuckerberg Initiative資助，計劃繪制人體中每種細胞的圖譜。繪制人類心臟細胞圖譜，能夠更好地了解心臟疾病，并指導高度個性化治療方法的發展。
??與癌細胞不同，人的心臟細胞不能在實驗室中進行研究。雖然科學家在研究小鼠心臟方面取得了重大進展，但是嚙齒動物和人體解剖學之間的差異卻給人類心臟的研究帶來了障礙。
??研究人員首先從14個捐獻心臟的六個區域分離細胞，其中一半來自男性，一半來自女性。他們使用單細胞分析、成像技術和人工智能深度學習技術來追蹤每個細胞中基因的開啟和關閉。
??研究人員發現心臟不同區域的細胞存在重大差異。他們還觀察到每個區域都有特定的細胞亞群，這一發現指向不同的發育起源，并暗示這些細胞對治療的反應不同。
這張來自“心臟細胞圖譜”的圖像顯示了六個心臟區域（左，右心房和心室，根尖和心室間隔）。（來源：heartcellatlas.org）
例如，研究人員指出，心房組織由30％的心肌細胞和24％的成纖維細胞構成，而心室組織由29％的心肌細胞、21％的壁細胞和16％的成纖維細胞構成。他們還特別指出，心肌細胞的異質性很高。在心室心肌細胞中（富含編碼肌節蛋白和轉錄因子的基因轉錄物），研究人員確定了五個不同的細胞亞群。他們指出，其中之一vCM1占左心室的近64％，但在右心室僅占心肌細胞的約37％。同時，與左心室相比，vCM2在右心室中更多。
??研究人員發現類似的五個心房心肌細胞群，它們的基因表達各不相同。他們指出，心房心肌細胞和心室心肌細胞之間的基因表達差異指出了不同的發育起源。此外，他們發現了17種不同的內皮細胞、平滑肌細胞、周細胞和間皮細胞亞群，并且在所研究的11種細胞類型中共發現了60多種不同的細胞狀態。
??為了說明如何應用這個心臟細胞圖譜，研究人員檢測了SARS-CoV-2受體ACE2在心臟中的表達。他們發現它在心周細胞中表達最高，其次是成纖維細胞，在心肌細胞中表達最少，盡管心室心肌細胞中ACE2的轉錄高于心房心肌細胞。
??這項研究的第一作者，哈佛醫學院遺傳學研究員Daniel Reichart說：“該項目標志著人們對由單個細胞構建心臟的新認識的開始，其中許多細胞具有不同的細胞狀態。有了整個心臟區域差異的知識，我們就可以開始考慮年齡、運動和疾病在其中的影響，并有助于將心臟病學領域推向精確醫學時代。”
??作為這項研究的一部分，研究人員還仔細研究了貫穿心臟的血管。該圖集顯示了這些靜脈和動脈中的細胞如何適應不同的壓力和位置，以及如何幫助研究人員了解冠心病期間血管出了什么問題。
??研究人員還專注于了解心臟修復，研究免疫細胞如何與健康心臟中的其他細胞相互作用和交流，以及它們與骨骼肌的區別。
??這項研究的共同通訊作者，維康桑格研究所的Sarah Teichmann表示：“這項巨大的合作是全球人類細胞圖集計劃的一部分，旨在創建人體細胞的Google地圖。心臟細胞圖譜對全世界的研究人員開放，是一個了不起的資源，它將使人們對心臟的健康和疾病，新的治療方法產生新的認識，甚至有可能找到再生受損心臟組織的方法。”
