脊椎動物的心臟由不同類型的細胞組成，這些細胞對正常的心臟功能都至關(guān)重要。在小鼠中，心肌細胞最早的中胚層祖細胞在原腸形成過程中形成，從原條（primitive streak）進行喙側(cè)遷移，形成心臟新月形，并開始收縮活動。心臟新月形隨后進行重塑，形成線形心管。至少有兩組不同的中胚層心臟祖細胞：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胞根據(jù)早期胚胎不同但重疊的區(qū)域中表達的標(biāo)記基因來大致確定。來自這些生心區(qū)之外的細胞也對心臟有幫助。其中一個這樣的結(jié)構(gòu)，即前心外膜（proepicardium），產(chǎn)生了心外膜，而心外膜是脊椎動物心臟最外面的一層細胞。心外膜提供了重要的旁分泌信號，也能產(chǎn)生多種心臟細胞類型，包括心肌細胞、血管平滑肌細胞和成纖維細胞。
科學(xué)家們目前對早期發(fā)育過程中不同心臟細胞類型何時以及如何產(chǎn)生的理解是有限的。單細胞轉(zhuǎn)錄組學(xué)提供了一種強大的方法來表征胚胎心臟的各種細胞類型，并產(chǎn)生關(guān)于它們的起源和命運的假說。因此，在一項新的研究中，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胞RNA測序與高分辨率容積成像和時差顯微鏡相結(jié)合，在單細胞分辨率下精確地表征小鼠胚胎心臟的細胞。這種強大的組合方法為心臟祖細胞類型及其向心肌細胞的分化軌跡提供了一個統(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，并進行單細胞RNA測序。這使得他們能夠在轉(zhuǎn)錄上確定該區(qū)域的心臟祖細胞群體，包括FHF和SHF。作為一個用戶友好的社區(qū)資源，他們創(chuàng)建了一個網(wǎng)絡(luò)界面來探究這些數(shù)據(jù)：https://marionilab.cruk.cam.ac.uk/heartAtlas/。
為了在在單細胞分辨率下確定這些細胞群體的解剖位置，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，并強調(diào)了心肌細胞的空間有序成熟。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）。利用單細胞分辨率時差成像和遺傳譜系標(biāo)記，他們確定JCF可以有助于心肌細胞和心外膜產(chǎn)生。因此，JCF代表了已知最早的心外膜祖細胞。
由此可見，這項研究詳細描述了心臟祖細胞的轉(zhuǎn)錄狀態(tài)和解剖位置，以及它們在向心肌細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，它還提供了對心臟形成的新見解。通過鑒定心周區(qū)，這項研究拓寬了心臟祖細胞區(qū)域，并確定了前心外膜最早的祖細胞。這項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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