南模助力揭示心臟流出道血管平滑肌細(xì)胞發(fā)育新模式

心臟流出道發(fā)育異常是造成先天性心臟病的一種重要原因，其參與形成許多復(fù)雜性心血管畸形，約占復(fù)雜畸形發(fā)生率的25%。在流出道發(fā)育過(guò)程中，一系列不同類型的細(xì)胞群體（包括心肌細(xì)胞、間充質(zhì)細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞等）之間將會(huì)有復(fù)雜的相互影響及轉(zhuǎn)換，但具體模式鮮有系統(tǒng)性研究。

2019年7月30日，國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Cell Reports在線發(fā)表了中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院阜外醫(yī)院周洲課題組的最新科研成果“Single-Cell RNA-Seq of the Developing Cardiac Outflow Tract Reveals Convergent Development of the Vascular Smooth Muscle Cells”。

該研究系統(tǒng)分析了小鼠心臟流出道5萬(wàn)多個(gè)細(xì)胞（來(lái)自3個(gè)連續(xù)發(fā)育時(shí)期）的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組，并結(jié)合單分子熒光原位雜交和譜系示蹤技術(shù)，發(fā)現(xiàn)在心臟流出道發(fā)育過(guò)程中存在心肌細(xì)胞向血管平滑肌細(xì)胞轉(zhuǎn)換的情況，進(jìn)而首次提出了大動(dòng)脈基部平滑肌匯聚發(fā)育的概念。

南模生物為該研究提供了Tnnt2-Dre;CAG-RSR-tdTomato小鼠模型。

研究人員首先通過(guò)單細(xì)胞測(cè)序數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)心臟流出道發(fā)育過(guò)程涉及6種類型的細(xì)胞，并可進(jìn)一步細(xì)分為17個(gè)亞群（Fig.1）。

為了搞清細(xì)胞亞群之間的關(guān)系，研究人員構(gòu)建了力導(dǎo)向的KNN圖（Fig.2），分析細(xì)胞亞群在3個(gè)連續(xù)發(fā)育時(shí)期的動(dòng)態(tài)變化，發(fā)現(xiàn)除了間充質(zhì)細(xì)胞以外，還有一類心肌細(xì)胞（C9亞群）也同時(shí)向平滑肌細(xì)胞進(jìn)行轉(zhuǎn)變。因此作者提出一種假說(shuō)，心臟流出道的平滑肌存在一種稱為“匯聚發(fā)育”的模式。

通過(guò)單分子熒光原位雜交技術(shù)（Fig.3），研究人員對(duì)心臟流出道連續(xù)橫切面（從近端到遠(yuǎn)端）進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)了其從心肌細(xì)胞表型向平滑肌細(xì)胞逐漸過(guò)渡的現(xiàn)象，并且觀察到表達(dá)Myh7（心肌細(xì)胞標(biāo)志物）的細(xì)胞也同時(shí)表達(dá)Cxcl12（血管平滑肌標(biāo)志物），驗(yàn)證了在心臟流出道發(fā)育過(guò)程中心肌細(xì)胞向平滑肌細(xì)胞轉(zhuǎn)變的推論。

最后研究人員利用Dre-rox譜系示蹤技術(shù)（即構(gòu)建Tnnt2-Dre; CAG-RSR-tdTomato小鼠模型，F(xiàn)ig.4），特異性地標(biāo)記心肌細(xì)胞后代，通過(guò)觀察到tdTomato與Myh11基因（血管平滑肌標(biāo)志物）的共表達(dá)再次驗(yàn)證了流出道發(fā)育過(guò)程中心肌細(xì)胞向平滑肌細(xì)胞轉(zhuǎn)變的結(jié)論。

Fig4 譜系示蹤結(jié)果驗(yàn)證流出道發(fā)育過(guò)程中心肌細(xì)胞向平滑肌轉(zhuǎn)變

大動(dòng)脈基部平滑肌匯聚發(fā)育理論的出現(xiàn)，為心臟發(fā)育研究增添了新的維度，對(duì)了解先天性心臟病的發(fā)病機(jī)制、尋找新的治療方法提供了重要的理論依據(jù)和參考資料。

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