《Science》心脏再生重要基因

心脏是发育过程中形成的第一个器官。心脏有4个不同区域（心室和心房）。细胞不同功能不同：心肌细胞（cardiomyocytes）负责不停抽吸、血管细胞（vascular cells）形成内壁和血管，起搏细胞（pacemaker cells）发动心跳。

如果创造心脏的祖细胞（progenitor cells）无法在恰当的时机迁移到正确的位置，分化成特定细胞类型，心脏就会畸形发育，导致严重出生缺陷——先天性心脏病。

以往的研究表明，来自不同细胞库的各种心脏祖细胞有一个共同特征——表达Mesp1基因。除此之外，科学家还未曾发现过其他分子水平上的心脏祖细胞鉴定方法，更无从知晓促进祖细胞进入特定心脏区域或心脏谱系的分子机制。

布鲁塞尔自由大学的Cédric Blanpain教授和剑桥大学的Berthold Göttgens教授在最新一期《Science》发表文章，通过单细胞分子分析和谱系跟踪，他们终于鉴定出了Mesp1在心血管谱系分离早期的重要作用。

Fabienne Lescroart和同事分离了胚胎发育不同阶段的Mesp1表达细胞，用单细胞转录组分析这些早期心脏祖细胞，寻找区域和细胞类型相关的分子特征，他们证明，不同的心脏祖细胞群的分子状态有明显区别。

借助单细胞分子表达谱分析这些早期祖细胞在缺乏Mesp1情境下的表现，研究人员证明Mesp1对细胞多能状态维持和心血管基因表达程序诱导都是必须的。

生物信息学分析发现，不同的早期Mesp1祖细胞群致力于不同细胞谱系和心脏区域发育，尽管祖细胞都是未分化的，但是新分析结果显示，心血管祖细胞群被“预处理”过，早已预先指定可分化为心肌细胞或血管细胞。

本文报道了可用于鉴定心脏早期谱系管制和区域分离的一些相关分子特征。研究人员观察到在早期发育阶段，不同细胞群的出生位置和时间各不相同，心脏和血管谱系最早分支点与Notch1标记有关，携带Notch1标记的早期祖细胞致力于血管谱系发育。

文章通讯作者之一Cédric Blanpain认为，早期谱系分离范式鉴定对控制器官/组织形成都有影响，解锁未知的分子特征不仅可深入了解先天性心脏病，还能帮助心血管祖细胞向特定谱系转化，从而改善心肌修复细胞疗法。

通讯作者Bertie Gottgens强调：“新发现的关键取决于技术革新，单细胞基因活性图谱使微小细胞族群研究成为可能。我们还能通过计算机分析基因表达活性将单细胞分类为某个亚组或某细胞类型。根据这些基因图谱，发现新候选基因，再利用候选基因开发心脏病新疗法。”