《自然》:迄今最詳細的人類心臟細胞圖譜誕生,了解心臟細節的信息...

2020-12-13 騰訊網

▎藥明康德內容團隊編輯

每年9月29日，是世界心臟聯盟（World Heart Federation）設定的「世界心臟日」，希望引起大家對心臟健康的重視。很多人或許還沒有意識到，在全球範圍內，心血管疾病是比癌症更致命的健康第一殺手。據估計，每年有1790萬人被心血管疾病奪去生命，其中大部分是心梗和卒中。

▲2020年的世界心臟日主題（圖片來源：參考資料[4]）

了解心臟這一重要器官的功能，闡明心血管疾病的病因，並為心臟疾病患者提供精準的治療，是無數科學家和醫生不懈努力的目標。近日，一支跨國科學團隊公布的研究成果，為這一目標邁出了重要一步。

根據頂尖學術期刊《自然》的報導，科學家們分析了將近50萬個心臟細胞，創建出一份詳細的人類心臟細胞圖譜，為心臟細胞的組成及其複雜的分子過程等提供了重要信息。

該研究的共同第一作者、現任職於英國威康·桑格研究所（Wellcome Sanger Institute）的Carlos Talavera-López博士表示，這是迄今為止最詳細的成人心臟圖譜：「這是第一次，我們可以確切地看到每個細胞在人類心臟中的活動。」

另一位文章合著者、倫敦帝國學院（Imperial College）的Michela Noseda博士說，「這份數據集是一座信息寶庫，可以幫助我們了解心臟病的細節，以及心臟是如何正常工作的。」

圖片來源：123RF

這項成果首先得益於14名器官捐贈者。不像癌細胞或其他組織，心臟細胞在實驗室環境中很難長時間離體培養；而小鼠等實驗動物的心臟與人類心臟又有不可忽視的區別。幸運的是，在這項研究中，科學家們獲得了7名男性和7名女性捐獻出的健康心臟。因為各種原因不適合器官移植，這些寶貴的心臟被獲準用於研究分析。

研究人員將心臟劃分為6個區域，即左、右心房，左、右心室，心尖和心室間隔。對於不同區域收集的細胞，研究人員採用大規模單細胞測序和核轉錄組測序，並結合機器學習、螢光成像等技術方法，分析每一個細胞中有哪些基因在製造蛋白質、哪些基因被關閉。

▲研究流程示意圖（圖片來源：參考資料[5]）

用研究合著者之一、哈佛醫學院（Harvard Medical School）Christine Seidman教授的話說，這相當於為每一個心臟細胞提供了一個郵編號碼，來了解該細胞所屬的群體。

這份圖譜顯示，心臟的細胞多樣性超出了過去的認識，6個區域包含11種不同的細胞類型。其中，心肌細胞、周細胞和成纖維細胞三個主要類型有顯著的異質性。而且，不同區域的細胞存在明顯差異，突出了不同的發育起源和對治療的不同反應。

▲心臟的6個區域由不同類型的細胞組成（圖片來源：參考資料[5]）

研究人員還發現，男性和女性的健康心臟具有差異。女性的心肌細胞在心臟細胞中所佔的比例要高於男性。研究人員提出，後續研究或許可以提供線索，解釋兩性的心臟病差異。

▲在跳動的人類心臟細胞中，科學家們關注了肌肉收縮必需的一種蛋白質（綠色）。細胞圖譜揭示了這種蛋白質在不同心臟細胞中的位置（圖片來源：參考資料[2]；Credit：Seidman Laboratory）

研究人員對貫穿心臟的血管進行了詳細研究。圖譜展示了組成靜脈和動脈的細胞如何適應不同的壓力和位置。這些信息將幫助研究人員了解冠心病期間血管出了什麼問題。

心臟修復也是研究人員關注的一個重要問題。為此，他們分析了健康心臟中免疫細胞與其他細胞的相互作用，並且與骨骼肌中的細胞相互作用模式進行比較。研究人員指出，將來的研究還將調查有哪些心臟細胞可以被誘導進行自我修復。

2020年，因為新冠疫情，心血管疾病患者面臨了雙重考驗。在這項研究中，科學家們使用來自心臟細胞圖譜的數據繪製了可能被新冠病毒感染的心臟細胞，發現小血管的周細胞也是新冠病毒的攻擊目標。

▲作為「人類細胞圖譜」項目的一部分，這項心臟細胞圖譜的數據可以在https://www.heartcellatlas.org獲得（圖片來源：www.heartcellatlas.org）

研究人員總結說，這份細胞圖譜讓我們得以理解健康心臟的細胞類型和細胞狀態，而使用圖譜比較患病心臟和健康心臟，能讓研究人員查明差異，並針對性地採取精準的治療方法。Seidman教授表示，「以這些洞見為基礎，我們可以設定專門的目標，在將來產生個體化治療，創造出針對心臟病的個體化藥物，讓每一名患者都能獲得更好的治療效果。」

參考資料

[2] Mapping the Human Heart, Cell by Cell. Retrieved Sep. 28, 2020, from https://www.hhmi.org/news/mapping-the-human-heart-cell-by-cell

[3] Highly detailed map of human heart could guide personalised heart treatments. Retrieved Sep. 29, 2020, from https://www.sanger.ac.uk/news_item/highly-detailed-map-of-human-heart-could-guide-personalised-heart-treatments/

[4] World Heart Day 2020. Retrieved Sep. 29, 2020, from https://www.world-heart-federation.org/world-heart-day

[5] HEART CELL ATLAS. Retrieved Sep. 29, 2020, from https://www.heartcellatlas.org/

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