我科研团队发现心脏细胞分化“命运开关”
昆明理工大学研究团队利用人胚胎干细胞构建体外心脏发育模型，发现视黄酸通过调控BMP信号通路决定心肌细胞与心外膜细胞分化方向，为先天性心脏病防治和心脏再生修复提供新思路。
先说一个好消息，来自昆明理工大学的一项研究，最近在心脏发育领域投下了一颗重磅冲击波。研究团队首次揭开了人类胚胎心脏早期发育的核心谜题，锁定了一个关键信号轴——它直接决定了心肌细胞和心外膜细胞的分化方向。这个发现，不仅为先天性心脏病的防治提供了新思路，也为心脏再生修复开辟了全新的路径。相关成果已经发表在《科学·进展》上。
心脏是胚胎里最早开工的器官，这一点本身就很有意思。在早期阶段，负责泵血的心肌和负责保护、滋养心肌的心外膜，这两类核心细胞其实源自同一批原始祖细胞。但问题在于，到底是什么信号，最终决定了细胞到底往哪个方向走？这个问题，学界之前一直没搞清楚。受限于人类胚胎样本的获取难度，过去的研究很难完整还原心脏早期发育的真实过程。
研究团队干脆换了个思路，利用人胚胎干细胞搭建了一个体外“人造心脏发育模型”。通过让干细胞自组织形成三维拟胚体，模拟胚胎体内的信号环境，成功培育出了能同步生成心肌和心外膜细胞的心脏中胚层结构。换句话说，就是在培养皿里复刻出了心脏发育最关键的初始阶段。
依托这套模型，团队终于解开了细胞分化的核心机制。研究发现，细胞天然默认发育成心肌细胞——如果没有外界干预，超过85%的心脏中胚层细胞会定向分化成心肌。而维生素A的活性代谢产物，也就是视黄酸，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，心肌细胞的生成则显著受阻。关键在于，视黄酸是通过调控BMP信号通路来发挥作用的。这条通路活性高时，细胞走向心肌；视黄酸会抑制该信号，引导细胞分化为心外膜。
研究团队还借助单细胞测序技术，完整绘制出了两种心脏细胞分化全程的基因表达图谱，并和真实人类胎儿心脏样本的数据进行了交叉验证。结果确认，这套体外模型高度贴合人体心脏的真实发育规律。
这项研究的意义不止于理论层面。它完整阐明了视黄酸-BMP信号轴如何调控心肌和心外膜谱系的分离，补上了人类心脏早期发育研究的一块关键拼图。技术上，搭建了一个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。临床应用方面，它为解析先天性心脏病的发病机理、构建患者专属的心脏疾病模型，以及用干细胞修复受损心脏等再生医学研究，提供了核心的理论支撑和实验工具。
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