高度详细的人类地图可以指导个性化心脏治疗

科学家们已经绘制了一幅健康人类心脏的详细细胞和分子地图，以了解这个重要器官是如何运作的，并阐明心血管疾病的病因。

作品，发表于自然9月24日的研究由哈佛医学院、布里格姆妇女医院、维康桑格研究所、德国马克斯Delbrück分子医学中心(MDC)、伦敦帝国理工学院及其全球合作者领导。

该团队分析了近50万份数据单个细胞建立迄今为止最广泛的人类心脏细胞图谱。该地图集显示了巨大的多样性细胞并揭示心肌细胞类型，心脏保护性免疫细胞和复杂的血管网络。它还预测细胞如何沟通以保持心脏工作。

研究是其中的一部分人类细胞阿特拉斯倡导在人体中映射每种细胞类型。心脏的新分子和蜂窝织知识承诺，使得能够更好地了解心脏疾病并指导高度个性化治疗的发展。

研究人员说，这项工作也为未来基于再生医学的治疗奠定了基础。

人的心脏一生中平均要跳动超过20亿次以维持生命。在这样做的过程中，它帮助向细胞、组织和器官输送氧气和营养物质，并帮助清除二氧化碳和废物。每天，心脏单向流经四个不同的心室，心跳约10万次，在休息、锻炼和压力下速度不同。每一次心跳都需要心脏不同部位的不同细胞之间精确而复杂的同步。当这种复杂的协调变坏时，就会导致心血管疾病，每年造成约1 790万人死亡。

详细了解健康心脏细胞内的分子过程对于理解心脏病中事情是如何出错至关重要。这些知识可以为各种形式的心血管疾病提供更精确、更好的治疗策略。

“数百万人正在接受心血管疾病的治疗方法。了解健康的心脏将帮助我们了解细胞类型和细胞状态之间的相互作用，这些细胞类型可以允许终身功能以及这些疾病如何不同，”在Blavatnik学院的医学在哈佛医学院和Brigham和女性的心血管遗传学家。

塞德曼说:“最终，这些基本的见解可能会为未来的个体化治疗提供特定的目标，为心脏病创造个体化药物，提高每位患者的治疗效果。”

这就是研究人员在这项新研究中着手做的事情。

研究小组研究了近50万个个体细胞和细胞核，它们来自心脏的6个不同区域，这些细胞和细胞核来自14个心脏健康但不适合移植的器官捐赠者。

使用单细胞分析，机器学习和成像技术的组合，该团队可以在每个细胞中究竟可以看到哪个基因接通和断开。

研究人员发现了心脏不同部位细胞的主要差异。他们还观察到心脏的每个区域都有特定的细胞亚群，这一发现指向了不同的发育起源，并表明这些细胞对治疗的反应也不同。

“这个项目标志着人们对心脏是如何由单个细胞构成的有了新的认识，其中很多细胞处于不同的状态，”该研究的第一作者，哈佛医学院遗传学研究员Daniel Reichart说。“随着对整个心脏区域差异的了解，我们可以开始考虑年龄、运动和疾病的影响，并帮助将心脏病学领域推向精确医学的时代。”

“这是第一次有人在这种规模上观察人类心脏的单细胞，只有大规模的单细胞测序才有可能，”马克斯Delbrück分子医学中心教授、共同高级作者Norbert Hübner说。“这项研究显示了单细胞基因组学和国际合作的力量，”他补充说。“对心脏细胞及其基因活动的全面了解是了解心脏如何工作以及如何应对压力和疾病的基本必要。”

作为这项研究的一部分，研究人员还对流经心脏的血管进行了前所未有的详细观察。该图谱显示了这些静脉和动脉中的细胞如何适应不同的压力和位置，以及这如何帮助研究人员了解在冠心病期间血管发生了什么问题。

“我们的国际努力通过照亮伦敦帝国学院的联合高级学家Michela Noseda表示，通过照亮与泵送血液的心脏细胞的细胞和分子细节，为科学界提供了一系列无价的信息。”“我们映射了可能受到SARS-COV-2可能感染的心脏细胞，发现小血管的专用细胞也是病毒目标，”她说。“我们的数据集是了解心脏病细节的信息。”

研究人员还专注于了解心脏修复，看着免疫细胞如何与健康心脏中的其他细胞相互作用，以及如何与骨骼肌不同。

进一步的研究包括调查是否可以诱导任何心细胞来修复自己。

“这项伟大的合作是全球人类细胞图谱计划的一部分，该计划旨在创建人体的‘谷歌图谱’，”该研究的共同高级作者、人类细胞图谱组织委员会联合主席、韦尔科姆桑格研究所的莎拉·泰奇曼说。

“心脏细胞图谱对全世界的研究人员开放，是一个奇妙的资源，它将导致对心脏健康和疾病的新认识，新的治疗方法，甚至可能找到再生受损的方法心组织，“她说。

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