在一项新的研究中，来自美国国家儿童医院的研究人员对NOTCH1基因的突变如何导致心肌细胞的异常分化和增殖并导致心室发育**和其他在人类先天性心脏缺陷中发现的结构异常提供了新的见解。相关研究结果发表在2023年1月20日的Circulation Research期刊上，论文标题为“Impaired Human Cardiac Cell Development due to NOTCH1 Deficiency”。
2005年，美国国家儿童医院心血管研究中心主任、小儿心脏病专家Vidu Garg博士在Nature期刊上发表论文（Nature, 2005, doi:10.1038/nature03940），**描述了NOTCH1突变与先天性心脏病之间的联系。自该论文发表以来，NOTCH1突变已经与多种类型的先天性心脏缺陷有关，包括左心发育不全综合征（hypoplastic left heart syndrome）。
尽管NOTCH信号对哺乳动物的心脏发育至关重要，但NOTCH1基因如何在发育过程中调节人类心脏细胞的分化和增殖仍是未知数。此外，Garg博士说，导致心室发育**的分子机制也不为人所知。
论文通讯作者、美国国家儿童医院心血管研究中心研究员Mingtao Zhao博士说，“在这项新的研究中，我们利用人类细胞研究了NOTCH1的缺失如何实际导致心脏发育异常。”
Zhao博士及其同事们利用CRISPR/Cas9基因编辑剔除人类诱导性多能干细胞（iPSC）中的NOTCH1，然后将这些iPSC分化为心肌细胞。他们通过单细胞RNA测序分析了所产生的分化细胞在关键发育阶段的转录动态变化。
他们发现，NOTCH1的破坏阻止了人类心室样心肌细胞（ventricular-like cardiomyocyte）的分化，但促进了心房样心肌细胞（atrial-like cardiomyocyte）的产生。此外，NOTCH1缺陷导致早期心肌细胞增殖缺陷，可能是通过下调参与细胞周期进程和有丝分裂的途径。
单细胞转录组分析显示，NOTCH1的破坏促进了一些来自心脏中胚层的心脏祖细胞类型（即心外膜祖细胞和**生心区祖细胞）的分化，但抑制了另一种心脏祖细胞类型（即**生心区祖细胞）的分化。
Zhao博士说，“这些发现为左侧心脏发育**的严重类型先天性心脏缺陷（比如左心发育**综合征）的**机制提供了一些见解。”
由于**生心区祖细胞主要作用于左心室，Zhao博士及其同事们认为NOTCH1突变导致这些细胞的偏向性分化，以及阻止心室样心肌细胞的分化并导致心肌细胞增殖缺陷。这些都可能导致先天性心脏病的左心室发育不全。
为了进一步阐明这些机制，这些作者表示，未来的研究需要使用来自携带已知的NOTCH1致病突变的左心发育**综合征患者的iPSC，以及在iPSC衍生的三维心脏类器官中进行实验。
Garg博士说，“如果我们能更好地理解为什么左心室不生长，为什么心肌细胞不增殖，这将为**策略提供机会。”
2019年，Zhao博士在美国国家儿童医院心血管研究中心建立了**个人类iPSC基因组学实验室。自那时起，Zhao博士、Garg博士和他们的团队利用100多名先天性心脏病患者的血液样本构建了一个大型iPSC库。
他说，“通过一种基于患者衍生性iPSC的平台，我们可能会发现具有**潜力的途径或基因。在未来，我们可能会使用基因疗法或小分子方法，在早期发育过程中刺激心肌细胞的增殖。”（生物谷 Bioon.com）
