创建的人心脏详细细胞图–可以指导个性化心脏治疗

这张来自“心脏细胞图集”的图像显示了六个心脏区域（左，右心房和心室，根尖和室间隔）。颜色编码用于指示单元格类型。

科学家们绘制了一份详细的健康人心脏细胞和分子图，以了解这一重要器官的功能并阐明心血管疾病的病因。

该研究成果由哈佛医学院，布莱根妇女医院，惠康桑格研究所，德国马克斯·德布吕克分子医学中心（MDC），伦敦帝国理工学院及其全球研究人员的研究人员领导，于今日（2020年9月24日）在自然界出版合作者。

该小组分析了将近50万个个体细胞，以构建迄今为止人类心脏最广泛的细胞图集。该图集显示了巨大的细胞活力，并揭示了心肌细胞类型，心脏保护性免疫细胞和复杂的血管网络。它还可以预测细胞之间的通讯方式，从而使心脏保持正常运转。

该研究是人类细胞图谱计划的一部分，该计划旨在绘制人体中每种细胞的图谱。心脏的新分子和细胞知识有望使人们更好地了解心脏病并指导高度个体化治疗的发展。

研究人员说，这项工作还为将来基于再生医学的疗法奠定了基础。

在这些跳动的人类心脏细胞中，科学家们强调了一种对肌肉收缩很重要的蛋白质（绿色）。新的细胞图谱揭示了这种蛋白质和其他蛋白质在不同心脏细胞中的位置。

在整个生命周期中，人的平均心脏向身体发出的生命维持搏动超过20亿次。这样做有助于将氧气和营养物质输送到细胞，组织和器官，并能够清除二氧化碳和废物。每天，心脏通过四个不同的腔室以单向流动的方式跳动约100,000次，并随着休息，运动和压力的变化而变化。每一次跳动都需要在心脏不同部位的各个细胞之间实现极其复杂但完美的同步。当这种复杂的协调关系恶化时，它可能导致心血管疾病，这是全球范围内的主要死亡原因，估计每年导致1790万人死亡。

详细说明健康心脏细胞内部的分子过程对于了解心脏病中的情况如何至关重要。这些知识可以导致针对各种形式的心血管疾病的更精确，更好的治疗策略。

“数百万人正在接受心血管疾病的治疗。了解共同健康的心脏将有助于我们了解细胞类型和细胞状态之间的相互作用，从而实现终身功能，以及疾病之间的差异。”研究共同作者，哈佛医学院布拉瓦特尼克研究所医学教授克里斯汀·赛德曼（Christine Seidman）说。布里格姆和妇女的心血管遗传学家。

赛德曼说：“最终，这些基本见解可能会提出一些具体目标，这些目标可能会导致将来的个体化治疗，开发针对心脏病的个性化药物并提高每位患者的治疗效果。”

这就是研究人员在这项新研究中要做的事情。

该小组研究了心脏的六个不同区域的近500,000个小肠细胞和细胞核，这些心脏和细胞核来自14个器官捐赠者，这些捐赠者的心脏健康但不适合移植。

通过结合单细胞分析，机器学习和成像技术，该团队可以准确地看到每个细胞中哪些基因被打开和关闭。

研究人员发现心脏不同区域的细胞存在重大差异。他们还观察到心脏的每个区域都有特定的细胞亚群，这一发现指向不同的发育起源，并暗示这些细胞对治疗的反应不同。

这项研究的第一作者，哈佛医学院遗传学研究员丹尼尔·里查特（Daniel Reichart）说：“该项目标志着人们对如何由单个细胞构建心脏的新认识的开始，许多细胞具有不同的细胞状态。”“有了了解整个心脏区域差异的知识，我们就可以开始考虑年龄，运动和疾病的影响，并帮助将心脏病学领域推向精确医学时代。”

“这是任何人第一次以这种规模观察人的心脏单细胞，只有大规模的单细胞测序才有可能，” MaxDelbrück中心共同资深作者兼教授NorbertHübner说。用于分子医学。他补充说：“这项研究表明了单细胞基因组学和国际合作的力量。”“了解整个心脏细胞及其基因活性是了解心脏功能并开始阐明心脏对压力和疾病的反应的基本必要条件。”

作为这项研究的一部分，研究人员还仔细研究了贯穿心脏的血管。该图集显示了这些静脉和动脉中的细胞如何适应不同的压力和位置，以及如何帮助研究人员了解冠心病期间血管出了什么问题。

伦敦帝国理工学院的共同资深作家米歇拉·诺塞达（Michela Noseda）说：“我们的国际努力通过阐明心脏细胞的细胞和分子细节，为心脏提供了宝贵的信息，这些心脏分子协同工作以将血液泵送到人体周围。”她说：“我们绘制了可能被SARS-CoV-2感染的心脏细胞，并发现小血管的特殊细胞也是病毒的靶标。”“我们的数据集是了解心脏疾病微妙信息的金矿。”

研究人员还专注于了解心脏修复，研究免疫细胞如何与健康心脏中的其他细胞相互作用和交流，以及与骨骼肌的区别。

进一步的研究将包括调查是否可以诱导任何心脏细胞自我修复。

“这项巨大的合作努力是全球人类细胞图集计划的一部分，旨在创建人体的'Google地图'，”该研究的资深共同作者，人类共同主席Wellcome Sanger Institute的Sarah Teichmann说。细胞图集组委会。

她说：“心脏细胞图谱对全世界的研究人员开放，是一个了不起的资源，它将使人们对心脏的健康和疾病，新的治疗方法有了新的认识，甚至有可能找到再生受损心脏组织的方法。”

参考：MonikaLitvituková，CarlosTalavera-López，Henrike Maatz，Daniel Reichart，Catherine L.Worth，Eric L.Lindberg，Masatoshi Kanda，Krzysztof Polanski，Matthias Heinig，Michael Lee，Emily R. Nadelmann，肯尼·罗伯茨（Kenny Roberts），莉兹·塔克（Liz Tuck），埃里尼·S·法索里（Eirini S. ，张浩，阿妮莎·维维罗斯，阿文·奥迪特，加梅尔·奥迪特，厄默·贝拉克塔尔，J·G·塞德曼，克里斯汀·E·塞德曼，米歇拉·诺塞达，诺伯特·哈伯纳和莎拉·泰克曼，2020年9月24日，自然。
10.1038 / s41586-020-2797-4

这项研究得到了英国心脏基金会，欧洲研究委员会，德国联邦教育和研究部，德国教育基金会，勒杜克基金会，德国研究基金会，中国理事会奖学金，亚历山大·冯·洪堡基金会，EMBO，加拿大卫生研究院，加拿大心脏和中风基金会，艾伯塔省创新组织，陈·扎克伯格倡议，惠康桑格研究所，惠康，美国国立卫生研究院和霍华德·休斯医学研究所。

HMS Blavatnik研究所的遗传学教授Henrietta B.和Frederick H. Bugher基金会的Jonathan Seidman也是共同作者。Sanger研究所的Monika Litvi？uková和CarlosTalavera-López以及MaxDelbrück中心的Henrike Maatz是Daniel Reichart的共同第一作者。