同济学者首次揭开“人体如何控制心脏跳动”的面纱

人类心脏以每分钟60-100次的频率跳动，人体“指挥”心跳的核心机理是什么？近日，同济大学陈义汉、薛志刚两位教授初步揭开体内“最高指挥官”的面纱，相关成果在线发表于《自然·通讯》。

医学研究表明，心脏搏动，进而输送血液到全身脏器，维持生命的正常机能，其控制“中枢”是窦房结。

早在一个多世纪以前，人类就发现了窦房结，但是迄今为止学术界对它的认识还相当贫乏。窦房结位于心房之中，窦房结不但体积小，其实质细胞也很少，而且细胞的分离和功能分析也比较有难度，这些阻碍了国际上对窦房结的研究的进程。

最近，陈义汉院士和薛志刚教授借助起搏细胞分离技术、单细胞转录组测序和分析技术、细胞影像学技术、基因修饰技术、细胞诱导分化技术和系列电生理学技术，从单细胞分辨率水平解析出了窦房结起搏细胞的核心基因调控网络，同时发现了窦房结起搏细胞的潜在重要前景的生物标志物。

专家的新发现，对于该研究领域意味着什么呢？事实上，此前，有多个问题困扰着窦房结生物学和医学研究领域，例如：窦房结起搏细胞有一个什么样的分子细胞体系？窦房结起搏细胞究竟有没有一个优势兴奋的“主导集群”？控制窦房结起搏细胞功能的核心基因调控网络是什么？窦房结起搏细胞特异的生物标志物是什么？

此次研究成果揭示了从鼠到兔到猴三个物种里，窦房结起搏细胞的集群类型和分子体系，通过信息学技术和功能验证，初步证明了不同物种的窦房结起搏细胞有一个交集，即均包含一个控制心脏跳动的“主导集群”。

专家介绍，这些集群的细胞分散于窦房结的不同区域，这种分布特征可能有利于心跳的稳态维持。同时，控制心脏跳动的核心基因调控网络中，个别分子被实验证实可以显著地调控心跳的频率。此外，课题组发现的窦房结起搏细胞的生物标志物，可能是一个可用于鉴定起搏细胞和探索心律失常的生物标志物。上述发现为窦房结研究提供了基础数据，如同初步揭开这一神秘地带的“盖子”，有助于窦房结生物学、病理学和治疗学的深度探索。