科技日报记者 王春
心脏规律跳动依赖右心房窦房结，这一人体天然起搏结构一旦功能异常，易引发心动过缓、心跳骤停等危重病症。长期以来，因人类窦房结样本稀缺、动物模型难以复刻人体心律调控机制，相关疾病研究与药物研发存在诸多瓶颈。
近日，中国科学院分子细胞科学卓越创新中心（生物化学与细胞生物学研究所）曾安研究组与合作者取得重要突破，利用人多能干细胞，在培养皿中构建出首个人源“生物起搏器”——窦房结类器官，并实现神经对心跳的精准调控。相关成果于5月15日在线发表于国际学术期刊《细胞·干细胞》。
研究团队模拟人体胚胎发育关键信号，经过系统性筛选与诱导，培育出可自主、稳定搏动的三维窦房结类器官。该模型可自主产生起搏电信号，对接心房样类器官后，能复刻人体心脏“起搏—传导”的生理过程。
科研人员进一步在类器官中引入与家族性窦房结功能障碍相关的突变，成功重现缓慢性心律失常的关键特征。经过药物处理后，异常节律得到有效改善，证实该模型可用于解析心律失常发病机制，评估潜在治疗药物。
相较于传统模型，此次研究最大突破是相对完整还原心脏神经调控机制。团队同步构建富含神经元的心脏神经丛类器官，将其与窦房结类器官、心房类器官组装融合。实验显示，神经纤维可延伸进入窦房结类器官、调节跳动频率，并将电信号正常传导至下游心房组织。
结合人胚胎窦房结的空间图谱与体外干预实验，研究发现，人类特有的神经通路不仅能够调控心率，还可促进起搏系统的成熟。其中，神经元分泌的PSAP蛋白可作用于起搏细胞表面的GPR37受体，推动起搏细胞向成熟状态发育。这一发现也为此前临床观察中PSAP突变导致的儿童心律异常提供了机制解释。
此次研究在体外重建人类心脏天然起搏系统及其神经调控过程，为心律失常研究、药物筛选和未来生物起搏器开发提供了重要工具。
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