Nature：迄今为止最详细、最全面的人类心脏细胞图谱

　　研究人员制作了迄今为止最详细、最全面的人类心脏细胞图谱，包括心脏传导系统的专门组织——心跳的起源。

　　

在7月12日发表在《自然》杂志上的一项新研究中，研究人员制作了迄今为止最详细、最全面的人类心脏细胞图谱，其中包括心脏传导系统的专门组织——心跳起源的地方。

由威康桑格研究所和伦敦帝国理工学院国家心肺研究所领导的多中心团队还提出了一种新的药物再利用计算工具，称为Drug2cell，可以深入了解药物对心率的影响。

这项研究是国际人类细胞图谱 (HCA)计划的一部分，该计划正在绘制人体中的每种细胞类型，以改变我们对健康和疾病的理解，并将为完全整合的HCA人类心脏细胞图谱奠定基础。

这项研究绘制了人类心脏的8个区域，描述了75种不同的细胞状态，包括心脏传导系统的细胞——负责心跳的一组细胞，以前在人类中还没有被如此详细地理解。人类的心脏传导系统，即心脏的“线路”，将电脉冲从心脏的顶部发送到底部，并协调心跳。

通过使用空间转录组学，可以给出细胞在组织中的位置的“地图”，研究人员也能够第一次了解这些细胞是如何相互交流的。这张地图就像一本分子指南，展示了健康细胞的样子，并为理解疾病中出现的问题提供了重要的参考。这一发现将有助于了解诸如影响心律的疾病。

鉴于心血管疾病是全球死亡的主要原因，人类心脏细胞图谱的组装是关键。在英国，每年大约有2万个电子起搏器被植入治疗这些疾病。这些起搏器可能是无效的，而且容易产生并发症和副作用。了解传导系统细胞的生物学以及它们与肌肉细胞的区别，为促进心脏健康和开发心律失常的靶向治疗铺平了道路。

该团队还提出了一种名为Drug2cell的新计算工具。该工具可以预测药物靶点以及药物副作用。它利用了EMBL-EBI ChEMBL数据库中的单细胞谱和1900万个药物靶标相互作用。

出乎意料的是，该工具发现起搏器细胞表达某些药物的靶标，例如用于糖尿病和减肥的GLP1药物，已知其副作用是增加心率，其机制尚不清楚。这项研究表明，心率的增加可能部分是由于这些药物对起搏器细胞的直接作用，研究小组还在起搏器细胞的实验干细胞模型中显示了这一发现。

共同第一作者詹姆斯·克兰利博士是一名专门研究心律紊乱的心脏病专家，他说:“心脏传导系统对我们心脏的正常和协调跳动至关重要，但构成它的细胞却知之甚少。”这项研究通过定义这些细胞的特征，以及它们所居住的多细胞生态位，揭示了新的曙光。这种更深入的理解为未来更好、更有针对性的抗心律失常治疗打开了大门。

第一作者、威康桑格研究所基因表达基因组学团队的博士后Kazumasa Kanemaru博士说:“激活和抑制起搏器细胞基因的机制尚不清楚，尤其是在人类中。这对于改善细胞治疗以促进起搏器细胞的产生或防止细胞过度自发放电是很重要的。通过在个体基因水平上了解这些细胞，我们有可能开发出改善心脏治疗的新方法。”

这项研究有了一个意想不到的发现：传导系统细胞和神经胶质细胞之间有着密切的关系。神经胶质细胞是神经系统的一部分，通常在大脑中发现。它们在内心的探索很少。这项研究表明，神经胶质细胞与传导系统细胞有物理接触，并可能发挥重要的支持作用:与起搏器细胞沟通，引导神经末梢到达它们，并支持它们释放谷氨酸(一种神经递质)。

这项研究的另一个重要发现是心脏外表面的免疫结构。它含有浆细胞，可以向心脏周围的空间释放抗体，防止附近肺部的感染。研究人员还发现了一个富含激素的细胞生态位，这可能被解释为心力衰竭的早期预警信号。

伦敦帝国理工学院国家心肺研究所心脏分子病理学高级讲师Michela Noseda博士是人类细胞图集心脏生物网络的协调员和主要作者，他说:“我们通常不完全知道一种新的治疗方法会对心脏及其电脉冲产生什么影响，这可能意味着药物被撤回或未能进入市场。我们的团队开发了Drug2cell平台，改进我们评估新疗法的方式，以及它们如何影响我们的心脏，以及潜在的其他组织。这可以为我们提供一种宝贵的工具来识别针对特定细胞的新药，并有助于在药物开发的早期预测任何潜在的副作用。”

Metin Avkiran教授是英国心脏基金会的副医学主任，该基金会与德国心血管研究中心(DZHK)共同资助了这项研究，他说:“这项研究使用了尖端技术，提供了关于构成人类心脏专门区域的细胞以及这些细胞如何相互交流的进一步复杂细节。关于心脏电传导系统及其调节的新发现可能为预防和治疗可能损害心脏功能甚至可能危及生命的节律紊乱开辟新的途径。”

“国际合作是科学进步的关键。这项有影响力的研究和更广泛的人类细胞图谱计划的其他发现是国际研究界跨境合作所能取得成果的极好例子。我们的共同努力最终可以为全世界的患者带来更好的结果。”

这项研究的资深作者、来自威康桑格研究所(Wellcome Sanger Institute)的萨拉·泰希曼(Sarah Teichmann)博士是人类细胞图谱组织委员会的联合主席，他说:“心脏细胞图谱以前所未有的细节揭示了心脏微观解剖学，包括使每次心跳都能进行的心脏传导系统，这对研究心脏病和设计潜在的治疗方法是有价值的参考。这是对绘制人体每一种细胞类型以了解健康和疾病的全球人类细胞图谱倡议的重要贡献，它将为完全整合的HCA人类心脏细胞图谱奠定基础。此外，我们的一套计算方法将有助于确定重新利用现有药物治疗其他组织疾病的可能性。”

更多信息请访问https://www.humancellatlas.org/

Journal Reference:

1. Kazumasa Kanemaru, James Cranley, Daniele Muraro, Antonio M. A. Miranda, Siew Yen Ho, Anna Wilbrey-Clark, Jan Patrick Pett, Krzysztof Polanski, Laura Richardson, Monika Litvinukova, Natsuhiko Kumasaka, Yue Qin, Zuzanna Jablonska, Claudia I. Semprich, Lukas Mach, Monika Dabrowska, Nathan Richoz, Liam Bolt, Lira Mamanova, Rakeshlal Kapuge, Sam N. Barnett, Shani Perera, Carlos Talavera-López, Ilaria Mulas, Krishnaa T. Mahbubani, Liz Tuck, Lu Wang, Margaret M. Huang, Martin Prete, Sophie Pritchard, John Dark, Kourosh Saeb-Parsy, Minal Patel, Menna R. Clatworthy, Norbert Hübner, Rasheda A. Chowdhury, Michela Noseda, Sarah A. Teichmann. Spatially resolved multiomics of human cardiac niches. Nature, 2023; DOI: 10.1038/s41586-023-06311-1