科技日报记者 赵汉斌
记者27日从昆明理工大学获悉，该校灵长类转化医学研究院教授李天晴团队近期首次揭开人类胚胎心脏早期发育核心谜题，锁定调控心肌、心外膜细胞分化的关键信号轴，为先天性心脏病防治与心脏再生修复开辟全新路径。国际期刊《科学·进展》刊发了研究成果。
心脏是人体胚胎中最先启动工作的器官，胚胎早期，负责心脏泵血的心肌、保护、滋养心肌的心外膜两类核心细胞源自同一批原始祖细胞，但究竟是什么信号决定细胞最终分化方向，此前一直是学界未解难题。受人类胚胎样本获取困难限制，过往研究难以完整还原人体心脏早期发育的真实过程。
团队另辟蹊径，依托人胚胎干细胞搭建体外“人造心脏发育模型”，通过干细胞自组织形成三维拟胚体，模拟胚胎体内信号环境，成功培育出可同步生成心肌、心外膜细胞的心脏中胚层结构，在培养皿中复刻心脏发育关键初始阶段。
依托这套体外模型，团队解开细胞分化核心机制。研究发现，细胞天然默认发育成心肌细胞，无外界干预时，超85%心脏中胚层细胞会定向分化为心肌；维生素A活性代谢产物视黄酸是调控细胞命运的核心开关，在心脏中胚层形成的关键窗口期加入视黄酸，近80%的细胞会转向心外膜发育，心肌细胞生成显著受阻。此外，视黄酸依靠调控重要的发育调控网络——BMP信号通路发挥作用，该通路活性高，细胞走向心肌；视黄酸会抑制其信号，引导细胞分化为心外膜。
研究团队借助单细胞测序技术，完整绘制出两种心脏细胞分化全程基因表达图谱，并和真实人类胎儿心脏样本数据交叉验证，确认这套体外模型高度贴合人体心脏真实发育规律。
据介绍，此项研究具备多重重大价值，不仅从理论层面完整阐明视黄酸、BMP信号轴调控心肌及心外膜谱系分离机制，补齐人类心脏早期发育的研究空白。同时，在技术层面搭建稳定可控的体外心脏发育实验平台，可供全球科研人员共享使用。在临床应用层面，此项研究可为解析先天性心脏病发病机理、构建患者专属心脏疾病模型、干细胞修复受损心脏等再生医学研究，提供核心理论支撑与实验工具。
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