在窦房结（SAN）内部固有产生的生物电脉冲会触发哺乳动物的心脏收缩。尽管已经有一个多世纪的历史了，但窦房结的分子和细胞特征却在心脏中起着至关重要的作用。
2021年1月12日，同济大学陈义汉及薛志刚共同通讯在Nature Communications 在线发表题为“Cellular and molecular landscape of mammalian sinoatrial node revealed by single-cell RNA sequencing”的研究论文，该研究通过小鼠SAN中的单细胞RNA测序鉴定了四个不同的转录簇。差异表达基因的功能分析确定了富含电基因的核心细胞簇。从兔子和食蟹猴的SAN中也观察到类似的细胞特征。
值得注意的是，小鼠中的核心细胞簇标记物Vsnl1在SAN中大量表达，但在心房或心室中几乎检测不到，表明Vsnl1是潜在的SAN标记。重要的是，Vsnl1的缺乏不仅会降低人诱导的多能干细胞衍生的心肌细胞（hiPSC-CMs）的跳动率，而且还会降低小鼠的心率。此外，加权基因共表达网络分析（WGCNA）揭示了控制小鼠SAN功能的核心基因调控网络。总体而言，这些发现揭示了单细胞分辨率下SAN的整个转录组谱，代表了对SAN生物学和病理学理解的进步。
窦房结（SAN）是哺乳动物心脏的起搏器。窦房结中相对较少的起搏器细胞群体的自发生物电活动会引发心跳并控制心率。窦房结是位于上腔静脉和右心房交界处的小型，专用且异质的心肌结构。窦房结细胞的起搏器活性源自离子通道，转运蛋白和Ca2 +调节剂的协同作用。此外，它受到自主神经信号的严格调控。
从组织学和功能上来说，窦房结都具有明显的异质性。就细胞形态而言，窦房结不同区域中的细胞显示出各种形状。长期以来，临床上已经观察到窦房结中有一个“领先的起搏器”站点，并且“领先的起搏器”站点可能会在窦房结中漂移，这表明窦房结起搏器细胞的生物电活动不均匀 。迫切需要系统地揭示构成这些异质性的细胞分类基础和分子调控网络。
最近，Linscheid等系统地分析了小鼠中窦房结活检的蛋白质组学，然后通过执行窦房结单核RNA测序（snRNA-seq）将测得的蛋白质丰度与特定细胞类型相关联。但是，窦房结起搏器细胞（产生自发性节律的关键细胞）的特性和调控网络需要进一步研究。
利用单细胞RNA测序（scRNA-seq）的优势，可以检测更多表达的基因，并将其用于转录组水平的细胞亚型和调控网络的全面分析。成年哺乳动物中窦房结的特性，例如低细胞数和大细胞，限制了通过高通量方法在单细胞分辨率下对其整个转录组学特征的分析。该研究通过手动细胞挑选从不同哺乳动物物种中获得了窦房结单细胞，然后进行scRNA-seq描绘了窦房结的基因表达模式。
在本研究中，展示了窦房结细胞簇的分子全景以及窦房结起搏器活动背后的核心分子调控网络。该研究将小鼠窦房结细胞分为四个簇，包括一个核心细胞簇，并且在兔子和食蟹猴的窦房结中也观察到了相似的细胞特征。该研究鉴定出了标记基因Vsnl1，其在小鼠窦房结中高度特异性地表达，但在心房或心室中很少被检测到。功能研究表明，Vsnl1在调节小鼠窦房结的电活动频率方面起着关键作用。而且，其在窦房结中跨物种的丰富表达的一致性使其也可能在其他两个物种中成为候选标记基因。
参考消息：
https://www.nature.com/articles/s41467-020-20448-x