血清素通过5-HT4受体调控心房工程化心肌组织的正性肌力作用——hiPSC心房模型验证研究

《Naunyn-Schmiedeberg's Archives of Pharmacology》：Positive inotropic effects of serotonin in atrial EHT: further proof for an atrial phenotype?

本研究针对hiPSC-CM模型的心房特异性验证难题，通过构建经视黄酸诱导的心房工程化心肌组织（aEHT），系统评估了血清素（5-HT）对钙电流（ICa）、动作电位和收缩力的调控作用。结果显示5-HT通过5-HT4受体显著增强aEHT的ICa（5.3±0.8至8.1±1.1 pA/pF）和收缩力（0.06±0.01至0.10±0.01 mN），且该效应具有心房特异性，与人类心房组织生理特征高度吻合。该模型为研究心房特异性受体信号通路及心房颤动等疾病机制提供了新平台。

　　

在心血管研究领域，人类诱导多能干细胞来源的心肌细胞（hiPSC-CM）为模拟人类心脏疾病提供了革命性工具。然而，这些细胞在体外分化后往往呈现混合表型，难以精确模拟心房或心室的独特生理特性。其中，血清素（5-羟色胺，5-HT）的正性肌力作用是人类心房特有的重要生理现象，但在心室组织中完全缺失。这一特性是否能在hiPSC-CM模型中重现，成为验证其心房表型可靠性的关键科学问题。

《Naunyn-Schmiedeberg's Archives of Pharmacology》最新发表的研究中，德国汉堡大学医学中心Torsten Christ团队通过视黄酸诱导分化技术，成功构建了具有心房特异性功能的工程化心肌组织（EHT）。研究人员采用两种hiPSC细胞系（ERC001和ERC018），在心肌分化过程中添加1μM视黄酸诱导心房表型（hiPSC-aCM），未处理组作为心室对照（hiPSC-vCM）。通过RNA测序、膜片钳技术、动作电位记录和视频光学收缩力测量等核心实验方法，系统比较了5-HT在不同EHT模型中的生理效应。

HTR4转录本表达分析

RNA测序结果显示，心房EHT中5-HT₄受体（HTR4）的mRNA丰度是心室EHT的5倍，这与人类心脏组织中心房HTR4表达占优势的分布特征一致。

5-HT增加hiPSC-aCM的I_Ca

在100μM 5-HT刺激下，hiPSC-aCM的钙电流密度从5.3±0.8显著增加至8.1±1.1 pA/pF，而hiPSC-vCM未见明显变化。去甲肾上腺素（NE）在两种细胞中均能增强I_Ca，证实cAMP/PKA信号通路完整。

5-HT延长心房EHT动作电位平台期

5-HT使心房EHT的APD₂₀从8.1±1.2 ms延长至12.0±1.2 ms，APD₉₀从142.3±11.3 ms缩短至117.0±6.6 ms。NE对APD₂₀的延长效应更强（Δ8.2±1.5 ms），但两者对APD₉₀的缩短程度无显著差异。

5-HT产生心房选择性正性肌力作用

5-HT在心房EHT中引发浓度依赖性正性肌力反应（logEC₅₀ = -7.4±0.3），最大收缩力从0.06±0.01增加至0.10±0.01 mN。心室EHT中5-HT未产生显著效应，但NE仍可增强收缩力，证实组织收缩功能完整。

5-HT通过I_f通道增加自发搏动频率

5-HT使心房EHT搏动频率从151.3±7.5增加至173.7±4.1 bpm，心室EHT从43.1±4.2增加至61.3±3.4 bpm。I_f通道阻滞剂伊伐布雷定可完全阻断5-HT的正性变时效应，证实其通过激活起搏电流发挥作用。

讨论与结论

本研究首次在hiPSC-aCM模型中完整重现了5-HT的人类心房特异性生理反应：通过5-HT₄受体增强I_Ca、延长动作电位平台期、产生正性肌力作用。特别值得注意的是，心室EHT中5-HT仅通过I_f通道增加频率而不影响I_Ca和收缩力，提示cAMP信号存在区室化分布。该模型成功模拟了人类心房对5-HT的特异性反应模式，为研究心房颤动等疾病的受体信号异常提供了可靠平台。尽管5-HT最大效应仍低于成人原代心肌细胞，但本研究为优化hiPSC-CM成熟度提供了重要参照标准，对心脏疾病建模和药物筛选具有重要转化价值。