穿透细胞异质性:单细胞测序揭开肥厚型心肌病的深层奥秘

发布于: 2026-02-13 09:00

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前言

Preface

肥厚型心肌病(hypertrophic cardio-myopathy,HCM)是一组主要以编码心肌肌节蛋白基因突变导致的以心室肌肥厚为突出特征的原发心肌病,发病率约为1/500~1/200[1]。根据我国0.16%的发生率保守地估计有200万表型HCM患者,加之基因携带者,我国可能是世界上HCM最多的国家之一。更值得注意的是,由于HCM的症状与其他心脏疾病相似,临床误诊、漏诊率极高——即使在美国,临床诊断率也只有大约10-20%。这种“隐匿性”让它成为青年猝死的重要诱因之一,而创新治疗手段的匮乏,也让患者的治疗需求长期难以得到满足。

HCM作为典型遗传性疾病,其表现型和基因型异质性突出、且是遗传基础最为明确的心血管疾病。大量不同的致病基因(基因型异质性)导致了从无症状到猝死等千差万别的临床表现(表型异质性)。同时,即使是相同的基因突变在不同个体甚至同一家族中,临床表现也呈现巨大差异。因此,对于HCM的研究,我们不能停留在表面的基因突变探究,而应该从更深层次理解每个细胞分子本质,从每一个细胞个体出发,研究基因在某一类细胞中的表达情况。

那么,怎么才能了解细胞间的异质性呢?现阶段最好的研究工具就是单细胞测序技术

一、单细胞测序—解码HCM细胞异质性的“显微镜”


要真正理解疾病的细胞分子本质,进一步探究HCM的深层密码,单细胞测序技术已成为不可或缺的技术。它能告诉我们,在肥厚的心脏中,具体是哪些细胞亚群出现了异常,它们之间如何相互影响。然而,心肌细胞本身体积大、脆弱且难分离的特性,给传统单细胞测序技术带来了巨大挑战,我们注意到,大部分研究选择单细胞核转录组测序(snRNA-seq)作为研究HCM的首选技术,不可否认,对于HCM的终末期样本或尸检样本,提核法几乎是唯一选择;而对于早期模型或动物实验获取的新鲜组织或活性细胞,如果能克服心肌细胞难以有效分离及单细胞分选的问题,单细胞转录组测序(scRNA-seq)则为更贴近生理状态的优选。


scRNA-seq在HCM研究中的典型应用案例:

研究团队

Martijn Wehrens团队[1]

宋雷教授团队[2]

文章来源

Cell Reports

Cell Proliferation

细胞来源

酶解心肌组织后通过流式分选富集心肌细胞

酶解心肌组织后通过流式分选富集心肌细胞

细胞通量

2292

2115

scRNA-seq技术

SORT-seq

STRT-seq

scRNA-seq技术特点

全转录本覆盖、短读长测序。它能提供比3’端测序更丰富的转录本结构信息,但非“真正全长测序”

STRT-seq引入了模板转换机制和UMI,提高了扩增效率和5’端覆盖度

关键发现

首次在HCM中系统应用单细胞测序,揭示心肌细胞异质性及调控网络

  1. 研究证实了HCM心肌细胞存在显著的异质性

  2. 心肌细胞自身ECM基因的上调挑战了“纤维化仅由成纤维细胞引起”的传统观念

局限性

  1. 流式分选可能丢失脆弱细胞,且对细胞有剪切压力

  2. 无法分析需要转录本全长信息的事件

  3. 测序覆盖度较低、线粒体基因占比高(33%)

  1. 流式分选可能丢失脆弱细胞,对细胞有剪切压力

  2. 无法分析需要转录本全长或3’端信息的事件

表1 典型应用案例总结

尽管已有突破,但现有技术仍受限于细胞损伤风险与信息完整性缺失—亟需更温和、更全面的技术路径。

二、技术革新:ICELL8 cx系统开启心肌细胞全长转录组新时代


针对心肌细胞尺寸大、难以温和单细胞分选的问题,百洋智心引入并优化了ICELL8 cx系统,是全国唯一一款可温和进行心肌细胞单细胞全长转录组分析的平台,彻底打破技术瓶颈。


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ICELL8 cx系统

流式细胞分选系统

核心原理

微孔板分配与成像

流体动力学与激光检测

主要目标

获取/处理大量单细胞

高速分析或分选细胞群体

关键优势

  1. 温和、可视化微孔芯片分选技术,100%可视化确认单细胞,且极大降低了细胞损伤,保障了数据的可靠性

  2. 信息保全:能捕获细胞核与细胞质的全部mRNA信息,获得更真实、更完整的基因表达图谱

  3. 无需提核,保留细胞质基因

  1. 速度快、多参数分析、分选纯度极高

  2. 无需提核,保留细胞质基因

局限性

  1. 实验技术操作难度大

  2. 速度相对较慢

  1. 流式分选可能丢失脆弱细胞,且对细胞有剪切压力

  2. 无法100%确认单细胞

  3. 对样本要求较高

表2 单细胞分选系统总结

图1.ICELL8 cx系统。图源:百洋智心

三、研究根基:精准模型与高质量细胞样本助力单细胞测序研究


想要让单细胞测序发挥最大价值,精准的实验模型与高质量的细胞样本是前提,二者与单细胞测序形成“研究铁三角”:

  1. 多元化动物模型[3]:从实验室到自然发病的全面覆盖

基因工程小鼠模型:通过CRISPR/Cas9模拟核心基因突变,为单细胞测序提供标准化的“疾病细胞样本”,助力致病机制与基因治疗验证;

猫模型:作为HCM自然发病的“天然范本”,其心肌组织为单细胞测序提供了更贴近自然病程的研究素材;

此外,大鼠、猪、斑马鱼等模型,适配不同研究场景,为单细胞测序提供多样化的样本来源。

  1. 高质量细胞分离:为研究成功筑牢第一道防线

针对成年小鼠(健康/肥胖/心衰模型)心肌细胞的分离提取,我们提供专业稳定分离服务,使得分离的心肌细胞杆状率、成活率稳定保持90%以上(如图2)。良好的细胞状态有利于后续的细胞分选,为单细胞测序的高质量研究打下坚实的基础。除此之外,我们具有大动物心肌细胞分离经验,欢迎与我们讨论。

图2:成年小鼠心肌细胞。图源:百洋智心


针对人的心肌细胞分离提取,百洋智心与国家心血管病中心、中国医学科学院阜外医院合作,完成了人原代心肌细胞的产品转化(如图3),拥有国际领先的人原代心肌细胞储备、分离、培养及冻存技术。产品中配备详细的使用说明,配合相关实验设备,可独立完成人源新鲜心房、心室肌样本组织分离原代心肌细胞实验。实现了细胞活力比传统方法提高了2.74倍,并伴有更好的细胞形态、最小的基因表达变化、完整的电生理学和正常的神经激素信号传导良好的细胞状态有利于后续的细胞分选,为单细胞测序的高质量研究打下坚实的基础。

图3.成人心肌细胞分离试剂盒。图源:百洋智心





总结展望

  • 百洋智心始终致力于将前沿单细胞测序技术与高质量心血管研究模型深度融合,助力HCM实现从基因发现→机制解析→精准治疗的全链条创新。我们坚信,唯有穿透细胞异质的迷雾,才能真正理解疾病的本质。

  • 如果您正投身于心血管疾病机制、药物靶点发现或个体化治疗研究,渴望获得更完整、更真实、更具转化价值的心肌细胞单细胞数据,欢迎扫码咨询,与我们共同探索心脏健康的深层密码。

欢迎扫码咨询

百洋智心


—END—

参考文献:

[1] Wehrens, Martijn, et al. "Single-cell transcriptomics provides insights into hypertrophic cardiomyopathy." Cell reports 39.6 (2022).

[2] Lu, Jiansen, et al. "High‐resolution single‐cell transcriptomic survey of cardiomyocytes from patients with hypertrophic cardiomyopathy." Cell Proliferation 57.3 (2024): e13557.

[3] van den Dolder, Floor W., et al. "Experimental Models of Hypertrophic Cardiomyopathy: A Systematic Review." Basic to Translational Science 10.4 (2025): 511-546.


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