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哺乳动物的心脏包含多种不同种类心肌细胞 (cardiomyocyte, CMs)。根据组织学和电生理学特征， 这些心肌细胞大致可分为工作细胞（例如左右心房和左右心室心肌细胞）和自律细胞 （例如窦房结细胞）。根据小鼠胚胎谱系追踪以及回顾性分析，不同种类的心肌细胞来源于不同的谱系，称为第一生心区 (first heart field，FHF)、前第二心生区 (anterior second heart field，aSHF) 和后第二心生区 (posterior second heart filed，pSHF) 谱系。FHF主要产生左心室心肌细胞 (LVCM) ，房室管心肌细胞(AVCCM) 以及少量心房心肌细胞 (ACM) ；aSHF发育为右心室心肌细胞 (RVCM) 和流出道心肌细胞 (OFTCM) ；pSHF 产生心房心肌细胞和鼻窦静脉 (SV) 衍生结构，包括窦房结起搏细胞。近年研究显示这些不同的心肌亚型受到多种腔室特异性心血管疾病影响。虽然动物模型为我们提供了研究胚胎心脏发育的模型，但是详细的人类胚胎心脏发育图谱还未被阐述。
2022年9月1日，来自加拿大多伦多大学Gordon Keller 实验室的杨东赫博士 (Donghe Yang) 以及合作者在Cell Stem Cell上发表了文章Modeling human multi-lineage heart field development with pluripotent stem cells，建立了使用人类多能性干细胞（human pluripotent stem cell, hPSC）模拟多阶段人类胚胎FHF, aSHF和 pSHF谱系发育的方法。
根据小鼠中胚层细胞（mesoderm）的单细胞转录组分析，研究人员发现BMP和 Nodal signaling pathways 在FHF 和 SHF 特异表达。通过操纵这两种信号通路， 他们从hPSCs 分化出FHF，aSHF 和 pSHF中胚层亚型并且通过单细胞测序来描绘它们的转录组。除此之外， 研究人员从这些中胚层细胞中分化出不同种类的子细胞并且通过单细胞转录组分析发现BMP 和retinoic acid signaling 作用于不同谱系的子细胞。通过分阶段操纵特定的信号通路， 研究人员最终从不同的子细胞亚型分化出表达关键 分子特征和电生理特征的心肌细胞群亚型， 包括从hPSC-FHF分化出左心室心肌细胞和房室管心肌细胞，从hPSC-aSHF分化出右心室心肌细胞和流出道细胞，以及从hPSC-pSHF分化出心房细胞和鼻窦静脉细胞。经过与相对应的小鼠以及人类细胞转录组的整合分析（integration analyses），研究人员发现多功能干细胞分化而来的心肌细胞群亚型与这些动物体内细胞高度相似。
综上所述，作者建立了一个全面的人类胚胎心脏多谱系发育图谱，提供了多种体外胚胎心脏细胞分化的方法。这些发现可应用于研究先天性心脏病和腔室特异性心肌病，以及将来用于开发新型细胞疗法。
原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.stem.2022.08.007
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