哺乳动物早期心脏管的心肌与心内膜源自原条阶段独立的多能谱系

本研究通过小鼠胚胎克隆分析和活体成像技术，揭示了原始心脏并非由心脏特异性前体细胞构建，而是起源于两个独立的多能中胚层群体。心肌（CM）和心内膜（ECr）谱系在原肠胚形成时即已分离，但仍保留多能性，挑战了现有关于早期心脏细胞谱系起源的认知。

　　

引言

哺乳动物胚胎中原始心脏管是最早形成并发挥功能的器官，由心肌细胞（CMs）和心内膜细胞（ECrs）组成。传统观点认为这两种细胞类型来源于共同的 cardiac-specific 前体细胞，但具体机制尚不明确。本研究通过多种克隆分析技术，重新审视了心脏谱系的起源和分化过程。

无偏标记揭示心脏谱系的独立起源

研究团队采用RNA聚合酶II驱动的CreERT2系统（RNApol2:CreERT2）结合双荧光报告基因（tdtTomato和eGFP），对小鼠胚胎进行稀疏标记。通过低剂量他莫昔芬诱导，实现了单细胞水平的重组，追踪了从原条（primitive streak）到心脏管的发育过程。结果显示，心肌和心内膜细胞分别源自两个独立的中胚层群体，这些群体在原肠胚形成（gastrulation）起始阶段即被特化。

值得注意的是，87%同时包含CMs和ECrs的克隆还贡献了心脏以外的中胚层组织，表明这些前体细胞具有广泛的多能性。仅有13%的克隆表现出心脏特异性贡献，提示心脏特异性前体细胞并非主要来源。

前瞻性克隆分析验证早期谱系分离

通过TAT-Cre显微注射技术，研究者在特定发育阶段标记单个细胞，进一步验证了谱系分离的时序性。在pre-streak阶段（E6.5前）注射的胚胎中，71%的克隆（5/7）同时产生CMs和ECrs；而在原肠胚形成期（E6.75-E7.0），这一比例骤降至14%（1/7）。这表明心肌和心内膜谱系的分离与原肠胚形成过程同步发生。

活体成像揭示时空协调机制

利用双光子显微镜对CBF1:Venus和H2B:miRFP703转基因胚胎进行长时间成像，研究者重建了55个前体细胞的迁移轨迹。结果显示，尽管CM和ECr前体细胞在原条区域空间分布上相互混杂，但它们的分化轨迹在进入中胚层后迅速分离。有趣的是，仅3个前体细胞（5%）表现出短暂的 bipotential 状态，且均在最后一次分裂时完成命运决定。

谱系关系网络分析

整合三种技术获得的103个克隆数据后，研究者通过Jaccard相似性指数量化了谱系关系。结果显示：

1. 心肌克隆与未分化中胚层（尤其是心周区JCF和第二心区SHF）高度关联；
2. 心内膜克隆则与血管内皮细胞关系密切；
3. 心肌克隆中63%同时贡献非心脏组织，而心内膜克隆仅23%具有这种多能性。

讨论与意义

这项研究提出了全新的心脏发育模型：原始心脏管的心肌和心内膜分别源自独立的多能中胚层谱系，而非传统认为的cardiac-specific 前体细胞。这种"并行特化"模式解释了先天性心脏病（CHD）中常见的心肌-心内膜发育不同步现象。

研究还发现，心内膜前体表现出更强的内皮谱系限制性，而心肌前体保持更广泛的多能性。这为理解Mesp1⁺前体细胞的异质性提供了新视角，也为心脏组织工程中的谱系定向分化策略指明了方向。

研究局限与展望

当前研究主要聚焦于E6.5-E8.0阶段的first heart field，未来需要将分析扩展至second heart field时期。此外，单细胞多组学技术的结合将有助于解析谱系特化的分子机制。这些发现不仅重塑了对心脏发育的认知，更为先天性心脏病的病因研究和干细胞治疗提供了理论基础。