心脏是一对具有瓣膜的肌性泵联合而成的器官，左心和右心又可单独分为左心房和左心室，右心房和右心室。结构上，这两个泵的纤维肌性网和传导组织相互交互在一起，但每个泵（左心和右心）在生理功能上是分开的，形成了两套不同途径的双循环。
心脏主要由心房、心室、冠状动脉、纤维环、心脏瓣膜等组成。心脏中除了心肌细胞、成纤维细胞、内皮细胞、血管平滑肌细胞等主要细胞外，还有免疫细胞（Immune cells)及神经元细胞(Neuron)等[1]。
如果把心脏比喻成房屋，房屋的基本结构便是心房和心室，心脏瓣膜则是房屋的门户，无法观察的电传导系统则是房屋的电路系统，任何部位出现问题均可能引起心脏相关疾病，包括心肌病、心脏瓣膜病、冠状动脉粥样硬化性心脏病和先天性心脏病等。
单细胞测序可以构建心脏发育图谱和细胞图谱，探究心脏相关疾病细胞的异质性和微环境，进一步探索不同疾病的发病机制，为疾病的预防和治疗提供新的思路。下面小编就带大家一起看下单细胞测序在心肌病样本中的应用实例吧！
致病变异破坏心肌病中的细胞组成和单细胞转录
心力衰竭病症是由一系列不同的心血管疾病汇集所形成的严重后果，其中扩张型心肌疾病（Dilated cardiomyopathy，DCM）的特征是左室扩张并伴有纤维化，而心律失常性心肌病（Arrhythmogenic cardiomyopathy，ACM）则是右心室扩张伴随脂肪变性，二者都会引起心室功能障碍。本文通过单细胞核转录组测序（snRNAseq）对来自18例健康人群和61例心力衰竭患者的心室组织进行了研究，评估心肌疾病中心脏细胞类型以及状态的变化，确定了不同基因型中常见心力衰竭症状的分子反应机制，为心力衰竭研究提供了候选治疗靶点。
实验设计
实验组来自于61例心肌病患者的左心室和右心室组织，并选取18例健康人的左心室和右心室组织作为对照组，取样部位为心脏的左室游离壁，左室心尖，左室间隔以及右室游离壁组织。
主要研究结果
1.细胞类型鉴定
聚类鉴定出10种主要的细胞类型：心室心肌细胞(CMs)、成纤维细胞(FBs)、脂肪细胞(ADs)、周皮细胞和平滑肌细胞（壁细胞、MCs）、内皮细胞(ECs)、免疫细胞(髓系和淋巴细胞)、神经元(NCs)和肥大细胞，进一步可细分为71种不同的细胞转录状态[2]。
2.与疾病相关的细胞类型组成变化
分别对左心室、右心室的细胞类群分析进行分析；发现成纤维细胞并没有在LVs和RVs的患病组中显著增加推断组织病理学所表现的纤维化并不是增殖产生的。
3.不同类型细胞亚群细分
对心肌细胞、成纤维细胞、周皮细胞&平滑肌细胞、内皮细胞、髓系细胞、淋巴细胞、神经细胞、脂肪细胞分别进行了亚分群，并对每一个亚分群的不同基因型间的细胞亚群状态、不同基因型间的DEG进行了详细的分析。
4.GWAS相关基因在心肌病中的差异表达分析
从之前研究鉴定的15个DCM位点中筛选了候选基因，并分析了其在不同细胞类型和基因型的表达差异。
5.预测细胞间相互作用
对在所有心肌病基因型中检测到的异常细胞间信号进行汇总，探索在各基因型中特异性表达的信号通路，进而对细胞间相互作用的异质性分析。
使用机器学习算法graph attention network(GAT)，基于4种主要的左心室细胞(心肌细胞，成纤维细胞，内皮细胞，髓系细胞)的多项转录表达模式，对待测数据的基因型进行分类，能够准确预测基因型如LMNA, TTN, RBM20, PKP2和PVneg。
结 论
从心力衰竭病人以及健康人体的心室和健康的心室分离出881,081个细胞核，并从中确定了10种主要的细胞类型和71种不同的细胞转录状态。心力衰竭的心脏中纤维化是由于成纤维细胞转录状态的改变导致细胞外基质的重塑，提示心肌功能、代谢异常加剧。心力衰竭相关心肌组织的细胞类型组成和转录图谱因疾病组基因型的特异性而异，通过探索特定的致病变异驱动心脏功能障碍为个性化治疗心肌病和心力衰竭提供新视角。
【参考文献】
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.