纽约——研究人员基于单细胞和单核转录组数据生成了人类心脏的分子和细胞图谱。
为了更好地了解健康心脏的组成，一个国际研究团队从来自六个心脏区域的数十万细胞中生成了转录组数据。心脏有四个由间隔隔开的腔室，它们之间需要相互协调才能正常工作。当他们报道自然周四研究人员发现，心脏不同区域的心肌细胞类型不同，并包含许多细胞状态。
威康桑格研究所的共同第一作者卡洛斯·Talavera-López在一份声明中说:“我们结合单细胞技术和人工智能方法，创建了迄今为止最详细的成人人类心脏图谱，对近50万个单细胞进行了表征。”“这是第一次，我们可以确切地看到人类心脏中每个细胞的活动。该图谱显示，心脏的四个腔室中每个腔室的细胞彼此之间的行为不同，反映了每个区域的不同功能，帮助我们了解健康的人类心脏。”
Talavera-López和他的同事从14名成人的左心室、右心室、左心房、右心房和室间光谱中分离出单细胞、细胞核和CD45+富集细胞，用于转录组和深度学习分析。通过包括单个细胞核，研究人员试图确保大心肌细胞的足够高的代表性，并依靠他们的单细胞采样来富集内皮细胞和免疫细胞。总的来说，他们分析了78023个CD45+富集细胞，45870个其他细胞和363213个细胞核，代表11种主要的细胞类型，包括心肌细胞，成纤维细胞和内皮细胞。
主要心肌细胞类型的患病率因心脏区域而异。例如，研究人员注意到，心房组织中30%是心肌细胞，24%是成纤维细胞，而心室组织中29%是心肌细胞，21%是壁细胞，但只有16%左右是成纤维细胞。
特别是，研究人员注意到心肌细胞的高度异质性。在心室心肌细胞中——这些细胞富含编码肌节蛋白和转录因子的基因转录本——研究人员确定了五个不同的群体。他们指出，其中vCM1占左心室的近64%，但只占右心室心肌细胞的约37%。同时，与左心室相比，vCM2在右心室富集。
研究人员同样发现了五种基因表达不同的心房心肌细胞群。他们指出，心房心肌细胞和心室心肌细胞之间的基因表达差异指向不同的发育起源。此外，他们还发现了17种不同的内皮细胞、平滑肌细胞、周细胞和间皮细胞群，总共在调查的11种细胞类型中发现了60多种不同的细胞状态。
为了说明如何应用他们的心肌细胞图谱，研究人员检查了SARS-CoV-2受体ACE2在心脏中的表达位置。他们发现ACE2在周细胞中表达最多，其次是成纤维细胞，在心肌细胞中表达最少，尽管ACE2在心室心肌细胞中的转录高于心房心肌细胞。
“我们绘制了可能被SARS-CoV-2感染的心肌细胞的图谱，发现小血管的特殊细胞也是病毒的目标，”来自伦敦帝国理工学院的共同高级作者Michela Noseda在一份声明中说。“我们的数据集是了解心脏病微妙之处的信息金矿。”