最全面的人类心脏发育细胞图谱发布，包括了从未见过的细胞

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，其中包括了从未见过的细胞类型。

据悉，科学家们刚刚发布了迄今为止最详细的人类心脏发育图。

该图谱包括75种类型的心脏细胞，包括心脏瓣膜中的细胞类型和为其心跳提供燃料的肌肉，这是以前从未见过的。它展示了这些细胞和其他细胞是如何在子宫内组织形成不同的心脏内部结构的。这项研究于周三（3月13日）发表在《自然》杂志上，它还揭示了不同细胞在心脏发育过程中的相互作用。

该研究的第一作者、加州大学圣地亚哥分校尼尔·奇研究实验室（UCSD）的博士后学者埃利·法拉（Elie Farah）表示：“我们第一次能够以高分辨率观察心脏细胞如何组织形成不同的心脏结构，就类似于在谷歌地图上放大单个房屋。”

为了绘制他们的地图，法拉和他的同事们研究了捐赠给加州大学圣地亚哥分校围产期生物库的整个人类心脏，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的第9周到第16周之间捐献的。在这个阶段，心脏已经从一个简单的管子发展到四个不同的腔室，但它仍然比成人的心脏小得多。

研究人员使用的一种技术是单细胞RNA测序，这使他们能够观察到每个心脏细胞内一种叫做RNA的遗传物质。RNA将存储在基因中的蓝图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。

在这项研究中使用的另一种技术被称为“多重抗误差矫正荧光原位杂交技术”，简称：MERFISH。该技术由著名华人科学家庄小威博士和哈佛大学理学教授David B. Arnold博士的实验室开发。加州大学圣地亚哥分校表观基因组学中心副主任、这篇新论文的共同资深作者朱泉（音译）于2019年引入该研究。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），同时记录细胞在器官中的解剖位置。

朱泉与Chi的实验室合作，利用这项尖端技术研究人类心脏的发育，成为“第一个应用MERFISH技术研究人类心脏发育的单细胞空间分辨率的研究团队，”换句话说，MERFISH使该团队的图谱能够捕捉到胎儿心脏内单个细胞的特征和坐标。

朱泉补充说：“我们不仅能够识别出成人心脏中没有的、发育中的心脏所特有的意想不到的细胞类型，而且还能更深入地了解为什么我们的左、右心脏在很早的阶段就不同了。”例如，左下心室或左心室的心肌细胞层数比右心室多，这表明左心室比右心室发育得早。

除了分析整个心脏外，研究小组还进行了小鼠基因研究和人类干细胞的实验室测试。这些研究展示了不同类型的细胞如何相互交流，从而驱动心脏内部结构的发育。

例如，他们观察到心脏心室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；内皮细胞，排列在血管上。这些相互作用可能在心脏心室壁的形成中起作用。

“这是一篇具有里程碑意义的论文，”德国Max Delbrück中心教授兼小组组长诺伯特·赫·伯纳（Norbert Hübner）在一封电子邮件中表示，他没有参与这项研究。他说，研究人员分析RNA的方式“可以作为一个模型，在单细胞水平上理解器官功能，并在发育中的心脏中识别临床相关的细胞状态和小生境”。

心脏发育的综合地图集还有一些非常重要的应用。

伦敦帝国理工学院讲师兼小组组长米歇尔·诺塞达（Michela Noseda）博士在一封电子邮件中表示，这些数据对于未来对先天性心脏病（先天心脏缺陷）的研究，以及为旨在取代丢失或功能失调的心肌的再生医学方法提供信息是至关重要的。

虽然，这个综合图集在细节上是前所未有的，但更好的版本正在制作中。

埃利·法拉说，下一步是建立一个完整的人类心脏发育的3D模型。然后，研究人员想要追踪心脏随时间的发展，以创建“人类心脏发育的4D地图集” —— 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。

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