穿透細胞異質性:單細胞測序揭開肥厚型心肌病的深層奧秘

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Preface
肥厚型心肌病(hypertrophic cardio-myopathy,HCM)是一組主要以編碼心肌肌節蛋白基因突變導致的以心室肌肥厚為突出特征的原發心肌病,發病率約為1/500~1/200[1]。根據我國0.16%的發生率保守地估計有200萬表型HCM患者,加之基因攜帶者,我國可能是世界上HCM最多的國家之一。更值得注意的是,由于HCM的癥狀與其他心臟疾病相似,臨床誤診、漏診率極高——即使在美國,臨床診斷率也只有大約10-20%。這種“隱匿性”讓它成為青年猝死的重要誘因之一,而創新治療手段的匱乏,也讓患者的治療需求長期難以得到滿足。
HCM作為典型遺傳性疾病,其表現型和基因型異質性突出、且是遺傳基礎最為明確的心血管疾病。大量不同的致病基因(基因型異質性)導致了從無癥狀到猝死等千差萬別的臨床表現(表型異質性)。同時,即使是相同的基因突變在不同個體甚至同一家族中,臨床表現也呈現巨大差異。因此,對于HCM的研究,我們不能停留在表面的基因突變探究,而應該從更深層次理解每個細胞分子本質,從每一個細胞個體出發,研究基因在某一類細胞中的表達情況。

那么,怎么才能了解細胞間的異質性呢?現階段最好的研究工具就是單細胞測序技術。


一、單細胞測序—解碼HCM細胞異質性的“顯微鏡”
要真正理解疾病的細胞分子本質,進一步探究HCM的深層密碼,單細胞測序技術已成為不可或缺的技術。它能告訴我們,在肥厚的心臟中,具體是哪些細胞亞群出現了異常,它們之間如何相互影響。然而,心肌細胞本身體積大、脆弱且難分離的特性,給傳統單細胞測序技術帶來了巨大挑戰,我們注意到,大部分研究選擇單細胞核轉錄組測序(snRNA-seq)作為研究HCM的首選技術,不可否認,對于HCM的終末期樣本或尸檢樣本,提核法幾乎是唯一選擇;而對于早期模型或動物實驗獲取的新鮮組織或活性細胞,如果能克服心肌細胞難以有效分離及單細胞分選的問題,單細胞轉錄組測序(scRNA-seq)則為更貼近生理狀態的優選。
scRNA-seq在HCM研究中的典型應用案例:
研究團隊 |
Martijn Wehrens團隊[1] |
宋雷教授團隊[2] |
文章來源 |
Cell Reports |
Cell Proliferation |
細胞來源 |
酶解心肌組織后通過流式分選富集心肌細胞 |
酶解心肌組織后通過流式分選富集心肌細胞 |
細胞通量 |
2292 |
2115 |
scRNA-seq技術 |
SORT-seq |
STRT-seq |
scRNA-seq技術特點 |
全轉錄本覆蓋、短讀長測序。它能提供比3’端測序更豐富的轉錄本結構信息,但非“真正全長測序” |
STRT-seq引入了模板轉換機制和UMI,提高了擴增效率和5’端覆蓋度 |
關鍵發現 |
首次在HCM中系統應用單細胞測序,揭示心肌細胞異質性及調控網絡 |
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局限性 |
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表1 典型應用案例總結

盡管已有突破,但現有技術仍受限于細胞損傷風險與信息完整性缺失—亟需更溫和、更全面的技術路徑。


二、技術革新:ICELL8 cx系統開啟心肌細胞全長轉錄組新時代
針對心肌細胞尺寸大、難以溫和單細胞分選的問題,百洋智心引入并優化了ICELL8 cx系統,是全國唯一一款可溫和進行心肌細胞單細胞全長轉錄組分析的平臺,徹底打破技術瓶頸。
ICELL8 cx系統 |
流式細胞分選系統 |
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核心原理 |
微孔板分配與成像 |
流體動力學與激光檢測 |
主要目標 |
獲取/處理大量單細胞 |
高速分析或分選細胞群體 |
關鍵優勢 |
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局限性 |
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表2 單細胞分選系統總結

圖1.ICELL8 cx系統。圖源:百洋智心
三、研究根基:精準模型與高質量細胞樣本助力單細胞測序研究
想要讓單細胞測序發揮最大價值,精準的實驗模型與高質量的細胞樣本是前提,二者與單細胞測序形成“研究鐵三角”:
多元化動物模型[3]:從實驗室到自然發病的全面覆蓋
基因工程小鼠模型:通過CRISPR/Cas9模擬核心基因突變,為單細胞測序提供標準化的“疾病細胞樣本”,助力致病機制與基因治療驗證;
貓模型:作為HCM自然發病的“天然范本”,其心肌組織為單細胞測序提供了更貼近自然病程的研究素材;
此外,大鼠、豬、斑馬魚等模型,適配不同研究場景,為單細胞測序提供多樣化的樣本來源。
高質量細胞分離:為研究成功筑牢第一道防線
針對成年小鼠(健康/肥胖/心衰模型)心肌細胞的分離提取,我們提供專業穩定分離服務,使得分離的心肌細胞桿狀率、成活率穩定保持90%以上(如圖2)。良好的細胞狀態有利于后續的細胞分選,為單細胞測序的高質量研究打下堅實的基礎。除此之外,我們具有大動物心肌細胞分離經驗,歡迎與我們討論。

圖2:成年小鼠心肌細胞。圖源:百洋智心
針對人的心肌細胞分離提取,百洋智心與國家心血管病中心、中國醫學科學院阜外醫院合作,完成了人原代心肌細胞的產品轉化(如圖3),擁有國際領先的人原代心肌細胞儲備、分離、培養及凍存技術。產品中配備詳細的使用說明,配合相關實驗設備,可獨立完成人源新鮮心房、心室肌樣本組織分離原代心肌細胞實驗。實現了細胞活力比傳統方法提高了2.74倍,并伴有更好的細胞形態、最小的基因表達變化、完整的電生理學和正常的神經激素信號傳導良好的細胞狀態有利于后續的細胞分選,為單細胞測序的高質量研究打下堅實的基礎。

圖3.成人心肌細胞分離試劑盒。圖源:百洋智心


百洋智心始終致力于將前沿單細胞測序技術與高質量心血管研究模型深度融合,助力HCM實現從基因發現→機制解析→精準治療的全鏈條創新。我們堅信,唯有穿透細胞異質的迷霧,才能真正理解疾病的本質。
如果您正投身于心血管疾病機制、藥物靶點發現或個體化治療研究,渴望獲得更完整、更真實、更具轉化價值的心肌細胞單細胞數據,歡迎掃碼咨詢,與我們共同探索心臟健康的深層密碼。


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百洋智心
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參考文獻:
[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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