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《自然》:迄今最详细的人类心脏细胞图谱诞生,了解心脏细节的信息宝库

发布日期:2020-10-10     作者:     浏览数:    分享到:

了解心脏这一重要器官的功能,阐明心血管疾病的病因,并为心脏疾病患者提供精准的治疗,是无数科学家和医生不懈努力的目标。近日,一支跨国科学团队公布的研究成果,为这一目标迈出了重要一步。

根据顶尖学术期刊《自然》的报道,科学家们分析了将近50万个心脏细胞,创建出一份详细的人类心脏细胞图谱,为心脏细胞的组成及其复杂的分子过程等提供了重要信息。

该研究的共同第一作者、现任职于英国威康·桑格研究所(Wellcome Sanger Institute)的Carlos Talavera-López博士表示,这是迄今为止最详细的成人心脏图谱:“这是第一次,我们可以确切地看到每个细胞在人类心脏中的活动。”

另一位文章合着者、伦敦帝国学院(Imperial College)的Michela Noseda博士说,“这份数据集是一座信息宝库,可以帮助我们了解心脏病的细节,以及心脏是如何正常工作的。”

这项成果首先得益于14名器官捐赠者。不像癌细胞或其他组织,心脏细胞在实验室环境中很难长时间离体培养;而小鼠等实验动物的心脏与人类心脏又有不可忽视的区别。幸运的是,在这项研究中,科学家们获得了7名男性和7名女性捐献出的健康心脏。因为各种原因不适合器官移植,这些宝贵的心脏被获准用于研究分析。

研究人员将心脏划分为6个区域,即左、右心房,左、右心室,心尖和心室间隔。对于不同区域收集的细胞,研究人员采用大规模单细胞测序和核转录组测序,并结合机器学习、荧光成像等技术方法,分析每一个细胞中有哪些基因在制造蛋白质、哪些基因被关闭。

用研究合着者之一、哈佛医学院(Harvard Medical School)Christine Seidman教授的话说,这相当于为每一个心脏细胞提供了一个邮编号码,来了解该细胞所属的群体。

这份图谱显示,心脏的细胞多样性超出了过去的认识,6个区域包含11种不同的细胞类型。其中,心肌细胞、周细胞和成纤维细胞三个主要类型有显着的异质性。而且,不同区域的细胞存在明显差异,突出了不同的发育起源和对治疗的不同反应。

研究人员还发现,男性和女性的健康心脏具有差异。女性的心肌细胞在心脏细胞中所占的比例要高于男性。研究人员提出,后续研究或许可以提供线索,解释两性的心脏病差异。

研究人员对贯穿心脏的血管进行了详细研究。图谱展示了组成静脉和动脉的细胞如何适应不同的压力和位置。这些信息将帮助研究人员了解冠心病期间血管出了什么问题。

心脏修复也是研究人员关注的一个重要问题。为此,他们分析了健康心脏中免疫细胞与其他细胞的相互作用,并且与骨骼肌中的细胞相互作用模式进行比较。研究人员指出,将来的研究还将调查有哪些心脏细胞可以被诱导进行自我修复。

2020年,因为新冠疫情,心血管疾病患者面临了双重考验。在这项研究中,科学家们使用来自心脏细胞图谱的数据绘制了可能被新冠病毒感染的心脏细胞,发现小血管的周细胞也是新冠病毒的攻击目标。

研究人员总结说,这份细胞图谱让我们得以理解健康心脏的细胞类型和细胞状态,而使用图谱比较患病心脏和健康心脏,能让研究人员查明差异,并针对性地采取精准的治疗方法。Seidman教授表示,“以这些洞见为基础,我们可以设定专门的目标,在将来产生个体化治疗,创造出针对心脏病的个体化药物,让每一名患者都能获得更好的治疗效果。”(生物谷Bioon.com)