Nature：心脏畸形如何形成？单细胞测序给线索

　　

生育一个健康的宝宝，是准父母的最大心愿。不过，大约5%的新生儿存在出生缺陷，其中先天性心脏畸形最为常见。为了弄清楚出生缺陷是如何产生的，美国Gladstone心血管病研究所的研究人员建立了小鼠心脏发育过程中的基因表达目录。

研究人员利用单细胞RNA测序对小鼠心脏发育过程中近40,000个心脏前体细胞进行深入分析。他们发现，转录因子Hand2在决定细胞命运方面起着关键作用，其缺失会破坏心脏发育。这项成果于本周发表在《Nature》杂志上。

通讯作者之一、Gladstone心血管病研究所的Casey Gifford表示：“这种测序技术让我们能够观察到心脏发育不同阶段存在的各类细胞，并帮助我们确定在此过程中哪些基因被激活，而哪些基因被抑制。”

先天性心脏缺陷是最常见的出生缺陷，往往由部分心脏祖细胞的破坏所引起，但个别祖细胞的哪些转录变化会导致器官缺陷，目前仍然未知。于是，研究人员选择了三个不同的发育时间点，对小鼠胚胎中心脏发生区域的36,000个单细胞进行测序。

根据转录组的特征，这些细胞可分为七个群体，代表不同的细胞类型。这些群体可以进一步分为不同的祖细胞群。总之，它们产生的转录组数据代表了心室、心房、静脉窦、房室管和流出道心肌细胞。通过这份目录，研究人员能够更深入地研究这些心脏祖细胞的作用。

研究人员利用Boolean预测方法来寻找那些决定心脏祖细胞命运的调控分子。该方法确定Irx4和Plag1是右心室心肌细胞的特异性分子，而Hand2、Tead2和Arid3b作为流出道心肌细胞命运的决定性因素。

他们指出，尽管Hand2的缺失导致小鼠体内无法正常形成右心室，但他们预测Hand2是流出道心肌的谱系特异性分子，而不是右心室心肌的特异性分子。第一作者Yvanka De Soysa表示：“根据之前的研究结果，这似乎说不通。不过我们的确发现，Hand2对不同类型的细胞有着不同的功能。”

在两个发育时间点，研究人员比较了野生型和Hand2-null心脏祖细胞的单细胞转录组。他们发现，对于Hand2-null细胞，前心区、流出道和右心室前体细胞在发育早期出现转录失调，远远早于任何形态学特征的出现。

不过，他们还发现尽管Hand2-null的流出道细胞没有正确定型，但右心室细胞却能够正确定型。不过，在此之后，右心室细胞没有正确分化和迁移，它们聚集在心脏后面的咽中胚层，而不是心脏流出道。

Gifford认为：“单细胞测序技术可以告诉我们器官是如何形成的，以及遗传变异造成疾病的根本原因。我们发现，一小撮细胞的微妙差异却造成了灾难性的后果，而过去往往忽视这一点。这是迈向新疗法的第一步。”（生物通 薄荷）

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Single-cell analysis of cardiogenesis reveals basis for organ-level developmental defects

Nature (2019) | Published: 24 July 2019