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09/29/2020

Nature论文深度解读!首次构建出人类心脏的细胞和分子图谱,有助开发个性化的心脏病治疗方法!

在一项新的研究中,来自美国哈佛医学院、布莱根妇女医院、英国韦尔科姆基金会桑格研究所、伦敦帝国理工学院和德国马克斯-德尔布吕克分子医学中心等研究机构的研究人员构建出健康的人类心脏的详细细胞和分子图谱,以了解这一重要器官如何发挥功能并阐明心血管疾病的问题所在。相关研究结果于2020年9月24日在线发表在Nature期刊上,论文标题为“Cells of the adult human heart”。

图片来自Frontiers in Cardiovascular Medicine, 2018, doi:10.3389/fcvm.2018.00101。

这些作者分析了近50万个细胞,建立了迄今为止最全面的人类心脏细胞图谱。该图谱显示了细胞的巨大多样性,并揭示了心肌细胞类型、心脏保护性免疫细胞和错综复杂的血管网络。它还预测了这些细胞如何进行交流以保持心脏正常工作。

这项研究是“人类细胞图谱(Human Cell Atlas)”计划的一部分,该计划旨在绘制人体的每一种细胞类型。新的有关心脏的分子和细胞知识有望让人们更好地了解心脏疾病,并指导开发高度个性化的治疗方法。这些作者表示,这项研究也为在未来开发出基于再生医学的疗法奠定了基础。

在人的一生中,心脏平均要向身体发出20多亿次维持生命的跳动。在这样做的过程中,它帮助向细胞、组织和器官输送氧气和营养物,并使二氧化碳和废弃物得以清除。每天,心脏在四个不同的腔室中单向跳动约100000次,它的跳动速度随着休息、运动和压力的变化而发生变化。每一次的跳动都需要心脏不同部位的各个细胞保持极其复杂而又完美的同步。当这种复杂的协调出现问题时,就会导致心血管疾病,这是全球主要的死亡原因,估计每年有1790万人死亡。

详细了解健康心脏细胞内的分子过程,对于了解心脏病中哪些方面出错至关重要。这些知识可以为各种形式的心血管疾病带来更精确、更好的治疗策略。

论文共同通讯作者、哈佛医学院布拉瓦特尼克研究所医学教授Christine Seidman说,“数百万人正在接受心血管疾病治疗。了解健康的心脏将帮助我们了解细胞类型和细胞状态之间的相互作用,以及这些细胞在疾病中的差异。”

Seidman说,“最终,这些基本的见解可能会提出特定的靶标,从而在未来实现个性化治疗,创造个性化的心脏病药物,并改善每名患者的治疗效果。”

这些作者研究了来自14名心脏健康但不适合移植的器官供者的心脏6个不同区域的近50万个细胞和细胞核。通过联合使用单细胞分析、机器学习和成像技术,他们可以观察到每个细胞中到底有哪些基因开启和关闭。

这些作者发现,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异性的细胞亚群—这一发现指向不同的发育起源,并表明这些细胞对治疗的反应可能会有所不同。

论文共同第一作者、哈佛医学院遗传学研究员Daniel Reichart说,“这个项目标志着对心脏是如何利用单细胞构建的新理解的开始,毕竟许多细胞具有不同的细胞状态。随着对整个心脏的区域性差异的了解,我们可以开始考虑年龄、运动和疾病的影响,并帮助推动心脏病学领域走向精准医学时代。”

论文共同通讯作者、马克斯-德尔布吕克分子医学中心授Norbert Hübner说,“这是第一次有人在这种尺度下观察人类心脏的单个细胞,这只有在大规模单细胞测序下才有可能。这项研究显示了单细胞基因组学和国际合作的力量。了解全部心脏细胞及其基因活性是了解心脏功能和开始揭示它如何应对压力和疾病的基本必要条件。”

作为这项研究的一部分,这些作者还以前所未有的细节观察了穿过心脏的血管。该图谱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,以及这如何帮助人们了解在冠心病期间血管中出现了什么问题。

论文共同通讯作者、伦敦帝国理工学院的Michela Noseda说,“我们的国际合作阐明将血液泵送到全身的心脏细胞的分子和细胞细节,为科学界提供了一组宝贵的信息。我们绘制了可能会被SARS-CoV-2感染的心脏细胞,并发现小血管中的特定细胞也是这种病毒感染的靶标。我们的数据集是了解心脏病细微之处的信息宝库。”

这些作者还把重点放在理解心脏修复上,研究健康心脏中的免疫细胞如何与其他细胞进行相互作用和沟通,以及它们与骨骼肌有何不同。进一步的研究将包括探究是否可以诱导任何心脏细胞进行自我修复。

论文共同通讯作者、韦尔科姆基金会桑格研究所的Sarah Teichmann说,“这项伟大的合作努力是全球人类细胞图谱计划的一部分,该计划旨在构建人体的'谷歌地图'。”

她说,“心脏细胞图谱向全世界的科学家们开放,它是一种奇妙的资源,将导致人们对心脏健康和疾病的新理解,开发新的治疗方法,甚至可能找到再生受损心脏组织的方法。”

参考资料:

1.Monika Litviňuková et al. Cells of the adult human heart. Nature, 2020, doi:10.1038/s41586-020-2797-4.

2.Highly detailed map of the human heart could guide personalized heart treatments

medicalxpress.com/news/2020-09-highly-human-heart-personalized-treatments.html

来源:生物谷

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