脊椎動(dòng)物的心臟由不同類型的細(xì)胞組成，這些細(xì)胞對(duì)正常的心臟功能都至關(guān)重要。在小鼠中，心肌細(xì)胞最早的中胚層祖細(xì)胞在原腸形成過程中形成，從原條（primitive streak）進(jìn)行喙側(cè)遷移，形成心臟新月形，并開始收縮活動(dòng)。心臟新月形隨后進(jìn)行重塑，形成線形心管。至少有兩組不同的中胚層心臟祖細(xì)胞：第一生心區(qū)（first heart field, FHF）和第二生心區(qū)（second heart field, SHF），這兩組中胚層心臟祖細(xì)胞根據(jù)早期胚胎不同但重疊的區(qū)域中表達(dá)的標(biāo)記基因來大致確定。來自這些生心區(qū)之外的細(xì)胞也對(duì)心臟有幫助。其中一個(gè)這樣的結(jié)構(gòu)，即前心外膜（proepicardium），產(chǎn)生了心外膜，而心外膜是脊椎動(dòng)物心臟最外面的一層細(xì)胞。心外膜提供了重要的旁分泌信號(hào)，也能產(chǎn)生多種心臟細(xì)胞類型，包括心肌細(xì)胞、血管平滑肌細(xì)胞和成纖維細(xì)胞。
科學(xué)家們目前對(duì)早期發(fā)育過程中不同心臟細(xì)胞類型何時(shí)以及如何產(chǎn)生的理解是有限的。單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組學(xué)提供了一種強(qiáng)大的方法來表征胚胎心臟的各種細(xì)胞類型，并產(chǎn)生關(guān)于它們的起源和命運(yùn)的假說。因此，在一項(xiàng)新的研究中，來自英國牛津大學(xué)、劍橋大學(xué)和德國亥姆霍茲慕尼黑中心的研究人員將單細(xì)胞RNA測(cè)序與高分辨率容積成像和時(shí)差顯微鏡相結(jié)合，在單細(xì)胞分辨率下精確地表征小鼠胚胎心臟的細(xì)胞。這種強(qiáng)大的組合方法為心臟祖細(xì)胞類型及其向心肌細(xì)胞的分化軌跡提供了一個(gè)統(tǒng)一的轉(zhuǎn)錄和解剖學(xué)定義。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2021年3月5日的Science期刊上，論文標(biāo)題為“Characterization of a common progenitor pool of the epicardium and myocardium”。
圖片來自Science, 2021, doi:10.1126/science.abb2986。
這些作者利用手工顯微切割技術(shù)分離小鼠胚胎的心臟區(qū)域，從早期的心臟新月形到線性心管階段，并進(jìn)行單細(xì)胞RNA測(cè)序。這使得他們能夠在轉(zhuǎn)錄上確定該區(qū)域的心臟祖細(xì)胞群體，包括FHF和SHF。作為一個(gè)用戶友好的社區(qū)資源，他們創(chuàng)建了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)界面來探究這些數(shù)據(jù)：https://marionilab.cruk.cam.ac.uk/heartAtlas/。
為了在在單細(xì)胞分辨率下確定這些細(xì)胞群體的解剖位置，這些作者使用全胚胎免疫組織化學(xué)（whole-mount immunohistochemistry）、多重?zé)晒庠浑s交和對(duì)多種標(biāo)志物的高分辨率容積成像。這種全面的成像分析揭示了這些轉(zhuǎn)錄簇的離散位置，并強(qiáng)調(diào)了心肌細(xì)胞的空間有序成熟。它還確定了一群位于心臟新月形喙部的祖細(xì)胞，位于胚胎和胚胎外中胚層的交匯處，他們稱之為心周區(qū)（juxta-cardiac field, JCF）。利用單細(xì)胞分辨率時(shí)差成像和遺傳譜系標(biāo)記，他們確定JCF可以有助于心肌細(xì)胞和心外膜產(chǎn)生。因此，JCF代表了已知最早的心外膜祖細(xì)胞。
由此可見，這項(xiàng)研究詳細(xì)描述了心臟祖細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄狀態(tài)和解剖位置，以及它們?cè)谙蛐募〖?xì)胞分化過程中的過渡狀態(tài)，從而成為寶貴的社區(qū)資源。此外，它還提供了對(duì)心臟形成的新見解。通過鑒定心周區(qū)，這項(xiàng)研究拓寬了心臟祖細(xì)胞區(qū)域，并確定了前心外膜最早的祖細(xì)胞。這項(xiàng)研究將有助于更好地理解先天性心臟缺陷的起源，并為開發(fā)治療心臟病的再生方法提供基本見解。
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