Nature Genetics：空间转录组分析绘制出人类心脏发育的详细图谱

心脏发育遵循精确的时空进程，任何干扰都有可能导致先天性心脏畸形。然而，这背后的许多分子机制仍未充分阐明。

近日，瑞典皇家理工学院领导的研究团队绘制出人类心脏发育的详细图谱，展示了不同细胞群如何排列以及它们在胎儿心脏发育过程中如何相互作用。

这份图谱于10月29日发表在《Nature Genetics》杂志上。这项研究提供的见解有望改善产前护理，并助力人们开发室间隔缺损或心脏瓣膜畸形等疾病的新疗法。

共同通讯作者、皇家理工学院的Enikő Lázár指出：“先天性心脏病及一些后天性心脏病都起源于早期发育阶段，这凸显了这一时期对塑造健康心脏的重要性。” 

“这张图谱就像一张蓝图，展示了心脏的关键部分（如起搏系统、心脏瓣膜及心房隔膜）是如何形成并发挥作用的，” Lázár补充道。

研究人员采用空间和单细胞转录组学技术，分析了5.5至14孕周的36颗心脏，构建了庞大的数据集，涵盖69,114个空间条形码数据点和76,991个分离细胞。他们还通过原位测序（ISS）对150个选定转录本进行空间检测。

他们分辨出心脏组织内的23个分子区室，鉴定出11种主要细胞类型和72种精细化细胞状态，并将其映射到对应的心脏组织区域，进而实现精细的空间感知注释。

研究人员发现，构成心脏瓣膜和心房隔膜的细胞更加多样化，这为了解心脏内部结构的形成机制提供了线索，也解释了某些先天性心脏缺陷的发生原因。

这份图谱还精确绘制了构成心脏起搏和传导系统的细胞连接网络，包括设定心跳节律的窦房结以及传递信号的浦肯野纤维。

他们还首次在心脏中发现了嗜铬细胞（chromaffin cell），它们能够产生肾上腺素。Lázár表示，这类细胞可能是人类特有的，或许可帮助心脏在发育或出生过程中应对低氧环境。他们认为，这或许可以解释胎儿心脏如何适应压力，并揭示了嗜铬细胞瘤的潜在起源。

图谱还追踪了神经细胞及其支持细胞如何向心脏生长并与起搏细胞连接，表明不同类型的信号（如去甲肾上腺素和乙酰胆碱）在早期就开始影响心脏。

共同第一作者Raphaël Mauron表示，空间转录组学方法能够可视化和分析生物体表达的全部mRNA分子。“通过细致的生物信息学分析，我们可以了解几年前还无法得知的心脏发育细节，” 他谈道。

研究中的所有数据集与研究成果均通过交互式可视化平台（https://hdcaheart.serve.scilifelab.se）呈现，为探索人类心脏发育的细胞和分子图谱提供了独特资源。