人源心脏类器官成熟化模型：复杂疾病建模与药物发现的新平台

本研究通过激活AMPK和ERR通路，开发了定向成熟的人源心脏类器官（DM-hCOs），成功模拟了心律失常和心肌病表型，并发现BET抑制剂INCB054329可改善desmoplakin突变相关心功能障碍。该平台为心脏疾病机制研究和药物筛选提供了高保真模型。

　　

心脏疾病研究长期面临人类心肌样本获取困难、动物模型转化率低等挑战。人源多能干细胞（hPS）分化的心肌细胞虽具潜力，但存在成熟度不足的问题，导致药物反应和疾病表型模拟不准确。为此，澳大利亚墨尔本儿童研究所等机构的研究团队在《Nature Cardiovascular Research》发表成果，通过模拟心脏发育通路，建立了功能成熟的心脏类器官模型。

研究团队采用组合药理学筛选，发现瞬时激活5'AMP活化蛋白激酶（AMPK）和雌激素相关受体（ERR）可显著提升hPS来源心脏类器官（hCOs）的成熟度。定向成熟方案（DM-hCOs）诱导了成熟肌节蛋白（如TNNI3）表达，增强氧化磷酸化能力，并降低自发性收缩频率至接近成人水平。通过单细胞测序和空间转录组分析，证实DM-hCOs包含心肌细胞、成纤维细胞、内皮细胞等多细胞类型，其分子特征与人类心脏高度相似。

关键技术包括：1）Heart-Dyno 96孔机械加载平台构建三维类器官；2）组合小分子（DY131+MK8722）时序处理诱导代谢成熟；3）患者特异性iPS细胞结合CRISPR基因编辑建立疾病模型；4）高内涵收缩功能分析系统；5）磷酸化蛋白质组学解析信号通路。

研究结果
hPS细胞来源心肌平台需要进一步成熟
比较不同培养系统发现，传统方法中成熟肌钙蛋白TNNI3表达仅达18%（相当于20周胎儿心脏），而DM-hCOs通过代谢转换使TNNI3占比提升至44%。

AMPK和ERR激动剂驱动成熟
磷酸化蛋白质组显示，AMPK激活与电起搏共享48%磷酸位点（如PLN S16/T17），共同抑制胆固醇合成通路。蛋白质组分析证实DM-hCOs代谢蛋白上调，胰岛素信号下调。

hCOs呈现类似心脏的细胞复杂性
单核RNA测序揭示类器官含5种主要心脏细胞类型。谱系追踪证实心外膜来源的TCF21⁺细胞可分化为成纤维细胞，形成内源性微环境。

收缩节律调控机制
DM-hCOs心率降低源于：1）HCN4介导的起搏电流（I_f）抑制；2）肌浆网钙缓冲蛋白CASQ2敲除使心率降低15%；3）CACNA1D向CACNA1C亚型转换。

药物反应预测验证
DM-hCOs准确区分CiPA指南中的低风险（如维拉帕米）和高风险化合物（如伊布利特），并发现BET抑制剂INCB054329可逆转desmoplakin突变导致的舒张功能障碍。

结论与意义
该研究建立的DM-hCOs平台首次实现：1）通过代谢调控模拟心脏发育时钟；2）整合多细胞互作模拟复杂疾病表型；3）高通量药物筛选。特别在致心律失常性心肌病模型中，发现MYH6亚型转换是关键病理特征，为靶向治疗提供新思路。平台克服了传统二维培养的局限性，为个体化医疗和药物开发提供了转化桥梁。