Nature重磅成果：人類心臟細胞的圖譜

砰……砰……砰”盡管大多數時候我們幾乎沒有注意到它，但是我們體內穩定的心跳聲其實是一種復雜的機理表現，就像是樂團一樣，成千上萬的細胞必須掌握各自的演奏節奏，并共同努力。

近，一組科學家創建了人類心臟細胞的個圖譜，這些圖集展示了將近50萬個心臟細胞，確定了每種細胞在心臟交響樂中的作用！研究人員檢查了14個健康供體心臟中的六個區域，創建了一個詳細的數據庫，該數據庫為研究心臟病（世界范圍內主要的死因）提供了新的比較基礎。

華盛頓大學醫學院的心臟病學家Douglas Mann（未參與該項研究）說，“我可以用一個詞概括我的想法：里程碑。我認為這是一個很大的成就，將成為該領域的重要參考。”這項研究成果于9月24日發表在Nature雜志上，由哈佛醫學院，布萊根婦女醫院，Sanger研究所，德國馬克斯·德布呂克分子醫學中心（MDC），倫敦帝國理工學院及其合作者的研究人員完成。

哈佛大學心血管遺傳學家Christine Seidman表示，“要了解各種形式的心臟病出了什么問題，首先，我們必須知道什么是正常的。”

難以研究的心臟細胞

事實證明，心臟細胞特別難以研究。與某些癌細胞和其他組織不同，沒有心臟細胞可以在實驗室中無限期地生長和研究。因此許多心臟研究都是使用小鼠完成的，但小鼠的心臟與人的心臟有重要的區別。

健康的人類心臟也很難找到（大部分用于移植）。Seidman的團隊依靠那些異常的心臟，這些心臟被拒絕移植，因此可能被冷凍，用于研究。首先，研究人員使用高通量測序方法來定義每個心臟細胞的個體特征。然后，他們將這些細胞繪制在14個人類心臟的六個區域中，其中七個來自男性，七個來自女性。“這是一次，我們為每個細胞提供一個郵政編碼，用以了解其所屬的種群。”

迄今為止人類心臟廣泛的人類心臟細胞圖譜

在這項研究中，研究小組分析了將近五十萬個單個細胞，構建迄今為止人類心臟廣泛的細胞圖集。該圖集顯示了細胞的巨大多樣性，揭示了心肌細胞類型，心臟保護性免疫細胞和復雜的血管網絡。它還可以預測細胞如何通訊，保持心臟正常運轉。

該研究是人類細胞圖譜計劃的一部分，前者計劃繪制人體中每種細胞的圖譜。心臟的新分子和細胞有關知識將能幫助人們更好地了解心臟病，指導高度個性化治療的發展。

研究人員說，這項工作還為將來基于再生醫學的療法奠定了基礎。

Seidman說：“數百萬人正在接受心血管疾病的治療。了解健康的心臟將有助于我們了解細胞類型和細胞狀態之間的相互作用，這些相互作用可以延長終身功能，以及疾病之間的差異。”

“終，這些基本知識可能會提出一些具體目標，這些目標可能會在將來導致個性化療法，為心臟病創造個性化藥物并提高每位患者的治療效果。”

這就是研究人員在這項新研究中要做的。

每個細胞的特征

研究小組研究了心臟六個不同區域中近500,000個單個細胞和細胞核，通過結合單細胞分析，機器學習和成像技術，該團隊準確地看到每個細胞中哪些基因被打開和關閉。

研究人員發現心臟不同區域的細胞存在重大差異。他們還觀察到心臟的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。

文章一作，哈佛醫學院遺傳學研究員Daniel Reichart說：“該項目標志著我們對心臟如何從單個細胞，具有不同細胞狀態的多個細胞構建起來開始有了全新的認識，有了整個心臟區域差異的知識，我們就可以開始考慮年齡，運動和疾病的影響，幫助將心臟病學領域推向醫學時代。”

另外一位資深作者Norbert Hübner說：“這是一次以這種規模觀察人的心臟單細胞，只有大規模的單細胞測序才有可能。”

“這項研究顯示了單細胞基因組學和合作的力量。了解整個心臟細胞及其基因活性是了解心臟功能，開始闡明心臟對壓力和疾病的反應的基本必要條件。”

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，這能幫助研究人員了解冠心病期間血管出了什么問題。

倫敦帝國學院的Michela Noseda說：“我們的合作通過闡明心臟細胞的細胞和分子細節，為科學界提供了寶貴的信息。我們繪制了可能被SARS-CoV-2感染的心臟細胞，并發現小血管的特殊細胞也是病毒的靶標。”

“我們的數據集是了解心臟病細節的信息的金礦。”

研究人員還專注于了解心臟修復，研究了免疫細胞如何與健康心臟中的其他細胞相互作用和交流，以及與骨骼肌的區別。

進一步的研究將包括調查是否可以誘導心臟細胞的自我修復。