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心臟規(guī)律跳動依賴右心房竇房結(jié)，這一人體天然起搏結(jié)構(gòu)一旦功能異常，易引發(fā)心動過緩、心跳驟停等危重病癥。長期以來，因人類竇房結(jié)樣本稀缺、動物模型難以復(fù)刻人體心律調(diào)控機制，相關(guān)疾病研究與藥物研發(fā)存在諸多瓶頸。

近日，中國科學(xué)院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心（生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所）曾安研究組與合作者取得重要突破，利用人多能干細(xì)胞，在培養(yǎng)皿中構(gòu)建出首個人源“生物起搏器”——竇房結(jié)類器官，并實現(xiàn)神經(jīng)對心跳的精準(zhǔn)調(diào)控。相關(guān)成果于5月15日在線發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞·干細(xì)胞》。

研究團隊模擬人體胚胎發(fā)育關(guān)鍵信號，經(jīng)過系統(tǒng)性篩選與誘導(dǎo)，培育出可自主、穩(wěn)定搏動的三維竇房結(jié)類器官。該模型可自主產(chǎn)生起搏電信號，對接心房樣類器官后，能復(fù)刻人體心臟“起搏—傳導(dǎo)”的生理過程。

科研人員進(jìn)一步在類器官中引入與家族性竇房結(jié)功能障礙相關(guān)的突變，成功重現(xiàn)緩慢性心律失常的關(guān)鍵特征。經(jīng)過藥物處理后，異常節(jié)律得到有效改善，證實該模型可用于解析心律失常發(fā)病機制，評估潛在治療藥物。

相較于傳統(tǒng)模型，此次研究最大突破是相對完整還原心臟神經(jīng)調(diào)控機制。團隊同步構(gòu)建富含神經(jīng)元的心臟神經(jīng)叢類器官，將其與竇房結(jié)類器官、心房類器官組裝融合。實驗顯示，神經(jīng)纖維可延伸進(jìn)入竇房結(jié)類器官、調(diào)節(jié)跳動頻率，并將電信號正常傳導(dǎo)至下游心房組織。

結(jié)合人胚胎竇房結(jié)的空間圖譜與體外干預(yù)實驗，研究發(fā)現(xiàn)，人類特有的神經(jīng)通路不僅能夠調(diào)控心率，還可促進(jìn)起搏系統(tǒng)的成熟。其中，神經(jīng)元分泌的PSAP蛋白可作用于起搏細(xì)胞表面的GPR37受體，推動起搏細(xì)胞向成熟狀態(tài)發(fā)育。這一發(fā)現(xiàn)也為此前臨床觀察中PSAP突變導(dǎo)致的兒童心律異常提供了機制解釋。

此次研究在體外重建人類心臟天然起搏系統(tǒng)及其神經(jīng)調(diào)控過程，為心律失常研究、藥物篩選和未來生物起搏器開發(fā)提供了重要工具。