我国科研团队发现心脏细胞分化“命运开关”

来源：科技日报

科技日报记者 赵汉斌

记者27日从昆明理工大学了解到，该校灵长类转化医学研究院教授李天晴团队近期首次破解人类胚胎心脏早期发育的核心谜题，找到了调控心肌和心外膜细胞分化的关键信号轴，为心脏再生修复及先天性心脏病防治开辟全新路径。相关研究成果已发表于国际期刊《科学·进展》。

作为人体胚胎中最早开始工作的器官，心脏在胚胎早期形成的两类核心细胞——承担泵血功能的心肌细胞，以及保护、滋养心肌的心外膜细胞——来自同一批原始祖细胞。然而，决定这些细胞最终分化方向的信号究竟是什么，此前始终是学界未解之谜。由于人类胚胎样本难以获取，以往研究无法完整再现人体心脏早期发育的真实过程。

为寻找突破口，团队利用人胚胎干细胞构建体外“人造心脏发育模型”：先让干细胞自组织形成三维拟胚体，以模拟胚胎体内的信号环境，继而成功培养出能够同步生成心肌、心外膜细胞的心脏中胚层结构，在培养皿内重现心脏发育的关键初始阶段。

借助这套体外模型，团队揭示了细胞分化的核心机制。研究表明，细胞的天然默认方向是发育成心肌细胞；在没有外界干预的情况下，心脏中胚层细胞中超85%会定向分化为心肌。作为调控细胞命运的核心开关，维生素A活性代谢产物视黄酸若在心脏中胚层形成的关键窗口期加入，会使近80%的细胞转向心外膜发育，并显著阻碍心肌细胞生成。研究还发现，视黄酸通过调控重要的发育调控网络——BMP信号通路发挥作用：该通路活性较高时，细胞走向心肌；视黄酸则会抑制其信号，促使细胞分化为心外膜。

研究团队运用单细胞测序技术，完整绘制了两种心脏细胞从分化开始到结束的基因表达图谱；通过与真实人类胎儿心脏样本数据进行交叉验证，团队确认，该体外模型与人体心脏的真实发育规律高度吻合。

据介绍，这项研究具有多方面重大价值。理论上，研究完整揭示了视黄酸、BMP信号轴调控心肌与心外膜谱系分离的机制，填补了人类心脏早期发育研究的空白；技术上，团队建立了稳定、可控且能供全球科研人员共享使用的体外心脏发育实验平台；临床应用上，相关成果可为先天性心脏病发病机理解析、患者专属心脏疾病模型构建，以及利用干细胞修复受损心脏等再生医学研究提供核心理论支撑和实验工具。