心脏的单细胞图揭示了广泛的细胞多样性

对单个细胞的研究极大地扩展了对各种器官系统的生物学理解，但是在心脏研究中，仍然存在一些基本问题。人的心脏有多少种细胞?这些细胞在心脏的不同区域有不同的行为吗?各种细胞类型如何影响心脏健康和疾病?

为了帮助回答这些问题，麻省理工学院和哈佛大学与拜耳大学，宾夕法尼亚大学麻萨诸塞州总医院和共济会医学研究所的精密心脏病实验室(PCL)的研究人员现已生成了最全面的高分辨率细胞图迄今为止的人类心脏。通过研究来自七个健康心脏的近300,000个单个心脏细胞，研究小组确定了器官中的9种主要细胞类型和20多种亚型。他们还发现了器官不同部位的基因表达模式以及常见心血管疾病可能涉及的细胞类型。

了解健康人类心脏内所有不同的细胞及其变化方式，使研究人员可以深入研究这些细胞在疾病中的行为方式。这种知识可以帮助科学家确定与心血管疾病有关的特定心脏细胞类型的新型药物靶标。

PCL拜耳公司负责人克里斯蒂安·斯蒂格曼(Christian Stegmann)说：“对人心脏中不同类型的细胞了解甚少。”

高级研究作者Patrick Ellinor表示同意。“在基本层面上，我们试图提出一个非常简单的问题，那就是人类心脏中有多少种细胞类型，以及它们看起来是什么样的，”博德研究所成员，PCL和Broad研究所主任Ellinor说。心血管疾病倡议组织，麻省总医院心律不齐服务主任。

细胞

的心脏数十年的心脏研究集中在心脏的肌肉成分上，这些细胞具有有助于心肌收缩的心肌细胞。但是，心肌细胞依靠复杂的特殊细胞群来保持心脏跳动，研究人员长期以来一直在争论人类心脏内的主要细胞类型是什么。

该研究的第一作者，PCL项目团队负责人内森·塔克(Nathan Tucker)说：“近年来，我们意识到心脏是真正复杂的细胞混合物，”他现在是共济会医疗的助理教授。研究机构。“有很多尚未开发的生物学让我们理解。”

即使使用现代单细胞测序技术，人类心脏细胞的研究也一直具有挑战性，因为心肌细胞太大，无法被这些方法中使用的标准流体装置处理。取而代之的是，这项新研究背后的团队采用了另一种方法：单核测序，该技术可以分解细胞并分析单个核而不是整个完整细胞中的RNA。这种方法使他们能够调查整个人心脏中的细胞，定义其基因表达谱，并探查罕见的细胞类型，从而超越以往的可能性。

该团队通过从心脏的所有四个腔室分析出287,269个独立的细胞核，发现了令人惊讶的心脏细胞类型和亚型。“许多人认为心脏相对均匀，”埃利诺指出。“细胞亚型的数量，多样性的程度以及纯粹的复杂性正在令人毛骨悚然。”

单核数据还显示，在某些细胞类型中，细胞基因表达谱随心室而变化。例如，与其他腔室相比，心脏的驻留免疫细胞在右心房显示出独特的基因表达模式。

“我们长期以来一直了解，跨越心脏腔室的心肌细胞是不同的。但是我们不知道所有其他支持细胞及其活动在不同的室中也会有所不同，”塔克说。“因此，您需要在它们来自的腔室的背景下了解这些细胞的事实，这确实是一个令人惊讶且重要的发现。”

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