Nature comunications：Dbh儿茶酚胺能心肌细胞有助于小鼠心脏心脏传导系统的结构和功能

原文题目：Dbh catecholaminergic cardiomyocytes contribute to the structure and function of the cardiac conduction system in murine heart

通讯作者：Ming Lei

隶属单位：牛津大学药理学系

DOI：https://doi.org/10.1038/s41467-023-42658-9

心脏传导系统（CCS）通过启动和协调心脏兴奋和收缩，在心脏生理功能中起着至关重要的作用。CCS 由一组不同且专门的组件组成，包括起搏器窦房结 （SAN）、协调房室结 （AVN） 和快速传递室性 His-浦肯野系统。CCS 组件的正确发育失败会导致多种快速（例如 Wolff-Parkinson-White 综合征）和缓慢性心律失常（病态窦房结综合征和房室传导阻滞）疾病。深入了解CCS在发育过程中的形态发生和成熟，以及细胞类型异质性的生理性质，对于理解这些心律失常疾病的发病机制至关重要。然而，我们对何时以及如何产生不同的细胞类型以形成CCS的不同组分的理解仍然有限。    

图1：单细胞RNA测序在小鼠心肌细胞谱系的细胞景观中鉴定出一个Dbh亚群

在小鼠心脏中，起搏器活动最早可以在胚胎日检测到。然而，CCS的形成直到围产期才完。细胞的起源、细胞分化以及 CCS 各种成分（尤其是心室 CCS）的成熟尚不完全清楚。在小鼠心脏成中，人们已经接受浦肯野纤维 （PKJ） 网络源于通过心内膜衍生的感应信号发育小梁心肌细胞。最近，也有人提出，多克隆PKJ网络是通过从双能祖细胞池中逐步募集导电前体到该支架而形成的。    

另一方面，儿茶酚胺是典型的交感神经递质，已知对心脏发育至关重要：儿茶酚胺合成酶酪氨酸羟化酶（Th)和多巴胺β-羟化酶（Dbh），死于子宫内心脏发育缺陷。关于儿茶酚胺在建立和维持正常心律方面的作用，也有混合的证据。然而，这些儿茶酚胺对CCS发展的真正重要性和来源仍不确定。

图 2：Dbh 在发育中的心脏中动态表达，通过 Dbh 的纳米级分辨率立体测序解析Cre/Rosa26-tdTomato    

转录组学技术的最新改进，包括单细胞RNA测序（scRNA-Seq）和空间增强分辨率组学测序（Stereo-seq）促进了对细胞群的检测，提高了分类能力，揭示了和表征新的细胞类型。一些研究已经应用了这种方法，特别是scRNA-Seq，来研究心脏发生，重点是使用预定义基因分离的细胞亚群。鉴于对CCS形态发生和成熟的复杂性和不完全理解，建立一种分子方法非常重要，该方法能够同时分析全球器官范围的空间基因表达模式，而不会偏向细胞异质性。因此，我们选择了 Stereo-seq，这是一种新建立的高分辨率大视野空间分辨转录组学技术，使用 scRNA-Seq，绘制小鼠心脏中 CCS 形成和成熟的转录景观。这导致鉴定出表达 Dbh 的未报告的心肌细胞群。我们随后的谱系追踪分析显示，Dbh来源的CMs首先出现在E12。5的静脉窦中，随后在心脏发生过程中对心房和心室CCS成分都有贡献，并在围产期到成人的CCS中变得更加突出。使用光遗传学电生理询问 Dbh+Cre/ChR2-tdTomato小鼠，我们进一步证实了Dbh衍生的CMs作为心室CCS的一部分发挥作用。然后，我们使用来自 Dbh 的离体分离心脏对心脏传导进行电生理学表征+CKO首席技术官（α-MHCCre/Dbh-flox）心肌细胞特异性 Dbh 缺失模型，以确认 Dbh CKO首席技术官心脏房室传导减慢。此外，在富含 Dbh-CMs 的房室交界处的成人心肌细胞中发现了儿茶酚胺能型囊泡。总的来说，我们的数据提供了小鼠心脏中CCS的转录组学景观，揭示了表达Dbh的心肌细胞有助于哺乳动物心脏中CCS的形成和功能。    

图3：Dbh的前瞻性命运映射分析Cre/Rosa26-td番茄心脏贯穿整个发育阶段

未来进一步研究这种新型Dbh-心肌细胞群的工作可能支持心脏信号传导机制模型的日益变化。成人心肌细胞已经具有分泌潜力，利钠肽作为局部和内分泌激素。已经确定，CM表达用于生产、储存和释放乙酰胆碱（ACh）的所有合成机制，这是主要的副交感神经递质。此外，心肌细胞特异性 ACh 似乎在维持正常 CM 钙处理方面具有功能相关性。这些作者认为，这些产生ACh的CM可能起到放大来自副交感神经元的ACh信号的作用。人们很容易认为 Dbh 心肌细胞可能扮演与产生 ACh 的 CM 类似的角色，特别是考虑到心脏富含 Dbh 心肌细胞的区域与密集的交感神经支配的心脏区域重叠，正如我们发现的那样。    

图 8：透射电子显微镜可识别 CM 内的儿茶酚胺能囊泡

然而，ACh 是一种简单的分子神经递质，使用现成的生物合成前体进行合成，这些前体与特定的细胞转录程序无关。因此，也许儿茶酚胺生产的复杂性增加要求与产生ACh的CMs建立不同的关系;其中 Dbh-心肌细胞更依赖来自其他非 Dbh 心肌细胞来源的儿茶酚胺前体供应，这需要在未来进行探索。如果 Dbh-心肌细胞具有儿茶酚胺摄取机制，这可能有助于肾上腺素能信号传导的局部微调，并且可能通过摄取、转化为肾上腺素和随后的释放，也许强调去甲肾上腺素和肾上腺素之间的受体亲和力差异。否则，儿茶酚胺的摄取和降解可能有助于调节和终止脂肪组织中报告的局部儿茶酚胺能信号传导。其复杂程度如此之高，以至于需要付出很多努力，可能超出任何单一的合作，来描述这些令人兴奋的新细胞的贡献。    

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-023-42658-9

转自：“生物医学科研之家”微信公众号

如有侵权，请联系本站删除！