心臟是一對具有瓣膜的肌性泵聯合而成的器官，左心和右心又可單獨分為左心房和左心室，右心房和右心室。結構上，這兩個泵的纖維肌性網和傳導組織相互交互在一起，但每個泵（左心和右心）在生理功能上是分開的，形成了兩套不同途徑的雙循環。
心臟主要由心房、心室、冠狀動脈、纖維環、心臟瓣膜等組成。心臟中除了心肌細胞、成纖維細胞、內皮細胞、血管平滑肌細胞等主要細胞外，還有免疫細胞（Immune cells)及神經元細胞(Neuron)等[1]。
如果把心臟比喻成房屋，房屋的基本結構便是心房和心室，心臟瓣膜則是房屋的門戶，無法觀察的電傳導系統則是房屋的電路系統，任何部位出現問題均可能引起心臟相關疾病，包括心肌病、心臟瓣膜病、冠狀動脈粥樣硬化性心臟病和先天性心臟病等。
單細胞測序可以構建心臟發育圖譜和細胞圖譜，探究心臟相關疾病細胞的異質性和微環境，進一步探索不同疾病的發病機制，為疾病的預防和治療提供新的思路。下面小編就帶大家一起看下單細胞測序在心肌病樣本中的應用實例吧！
致病變異破壞心肌病中的細胞組成和單細胞轉錄
心力衰竭病癥是由一系列不同的心血管疾病匯集所形成的嚴重后果，其中擴張型心肌疾?。―ilated cardiomyopathy，DCM）的特征是左室擴張并伴有纖維化，而心律失常性心肌病（Arrhythmogenic cardiomyopathy，ACM）則是右心室擴張伴隨脂肪變性，二者都會引起心室功能障礙。本文通過單細胞核轉錄組測序（snRNAseq）對來自18例健康人群和61例心力衰竭患者的心室組織進行了研究，評估心肌疾病中心臟細胞類型以及狀態的變化，確定了不同基因型中常見心力衰竭癥狀的分子反應機制，為心力衰竭研究提供了候選治療靶點。
實驗設計
實驗組來自于61例心肌病患者的左心室和右心室組織，并選取18例健康人的左心室和右心室組織作為對照組，取樣部位為心臟的左室游離壁，左室心尖，左室間隔以及右室游離壁組織。
主要研究結果
1.細胞類型鑒定
聚類鑒定出10種主要的細胞類型：心室心肌細胞(CMs)、成纖維細胞(FBs)、脂肪細胞(ADs)、周皮細胞和平滑肌細胞（壁細胞、MCs）、內皮細胞(ECs)、免疫細胞(髓系和淋巴細胞)、神經元(NCs)和肥大細胞，進一步可細分為71種不同的細胞轉錄狀態[2]。
2.與疾病相關的細胞類型組成變化
分別對左心室、右心室的細胞類群分析進行分析；發現成纖維細胞并沒有在LVs和RVs的患病組中顯著增加推斷組織病理學所表現的纖維化并不是增殖產生的。
3.不同類型細胞亞群細分
對心肌細胞、成纖維細胞、周皮細胞&平滑肌細胞、內皮細胞、髓系細胞、淋巴細胞、神經細胞、脂肪細胞分別進行了亞分群，并對每一個亞分群的不同基因型間的細胞亞群狀態、不同基因型間的DEG進行了詳細的分析。
4.GWAS相關基因在心肌病中的差異表達分析
從之前研究鑒定的15個DCM位點中篩選了候選基因，并分析了其在不同細胞類型和基因型的表達差異。
5.預測細胞間相互作用
對在所有心肌病基因型中檢測到的異常細胞間信號進行匯總，探索在各基因型中特異性表達的信號通路，進而對細胞間相互作用的異質性分析。
使用機器學習算法graph attention network(GAT)，基于4種主要的左心室細胞(心肌細胞，成纖維細胞，內皮細胞，髓系細胞)的多項轉錄表達模式，對待測數據的基因型進行分類，能夠準確預測基因型如LMNA, TTN, RBM20, PKP2和PVneg。
結 論
從心力衰竭病人以及健康人體的心室和健康的心室分離出881,081個細胞核，并從中確定了10種主要的細胞類型和71種不同的細胞轉錄狀態。心力衰竭的心臟中纖維化是由于成纖維細胞轉錄狀態的改變導致細胞外基質的重塑，提示心肌功能、代謝異常加劇。心力衰竭相關心肌組織的細胞類型組成和轉錄圖譜因疾病組基因型的特異性而異，通過探索特定的致病變異驅動心臟功能障礙為個性化治療心肌病和心力衰竭提供新視角。
【參考文獻】
1.Judy R. Sayers and Paul R. Riley. Heart regeneration: beyond new muscle and vessels. Cardiovasc Res. 2021 Feb 22;117(3):727-742
2. Reichart D, Lindberg EL, Maatz H, et al. Pathogenic variants damage cell composition and single cell transcription in cardiomyopathies. Science. 2022;377(6606):eabo1984.