最近，由Yoshinori Yoshida副教授(细胞生长与分化系)领导并发表在《Communications Biology》杂志上的一项研究中，一组研究人员发现CD151是在与人类iPS细胞(hiPSC)分化过程中区分亚型特异性心肌细胞的标记物。此外，他们发现了一种生成功能性心房心肌细胞的新方法，与传统的分化方法相比，其效率更高。
心血管疾病是全世界最常见的死亡原因之一。hiPSC 衍生的心肌细胞是药物发现和再生医学的有前途的资源。
我们的心脏由几种心肌细胞亚型组成。具体来说，心室和心房分别由心室心肌细胞(VCM)和心房心肌细胞(ACM)组成。
生产心肌细胞的传统方案会导致产生与这些亚型混合的异质群体，因此临床应用需要高效获得每种亚型的新方法。因此，研究小组试图鉴定亚型特异性细胞表面标记物以分离 ACM 和 VCM。
首先，研究人员证实，虽然传统的分化方法主要产生目标亚型，但 hiPSC 衍生的亚型特异性心肌细胞培养物仍然含有明显的不良细胞污染(即 VCM 培养物中的 ACM 和 ACM 培养物中的 VCM)。
接下来，研究人员用这些 ACM 或 VCM 主导的细胞群筛选了 200 多种细胞表面蛋白，以确定差异表达的标记物，可用于亚型纯化。通过这种方法，他们发现 CD151 可以区分这两种心肌细胞亚型。
研究人员进一步分析了CD151高表达和低表达水平的细胞，发现心房相关基因在CD151低表达群体中高表达，心室相关基因在CD151高表达群体中高表达。此外，研究小组还检查了 CD151高和 CD151低亚群的电生理特性，以确定它们是功能性 ACM 还是 VCM。
值得注意的是，他们仅在 ACM 分化的 CD151低细胞中检测到心房型动作电位。另一方面，显示心室型动作电位的细胞在 CD151高群体中富集。这些结果表明，可以通过 CD151 表达水平区分异质 hiPSC 衍生的心肌细胞群体中的 ACM 和 VCM。
心肌细胞在出生后停止增殖，即使它们的细胞核在发育过程中继续分裂，从而导致双核(每个细胞超过一个细胞核)。对 VCM 特异性分化方案产生的CD151高VCM的全局基因表达分析显示，这些 VCM 中与细胞周期和有丝分裂相关的基因富集。
流式细胞术分析显示，虽然 CD151高亚群和 CD151低亚群之间的细胞增殖没有差异，但在高 CD151 水平的 VCM 中检测到双核细胞增加。
其他实验还揭示了 CD151高VCM中成人心脏中表达的几种心室基因的上调。因此，结合观察到的双核增加，CD151高VCM 表现出许多表明高级分化的特征。
研究小组还检查了 CD151高和 CD151低ACM 和 VCM 亚群的整体表达模式，以阐明这种基于 CD151 的选择性背后的分子机制。他们通过分析确定了 Notch 信号通路的一个显着分子特征，并发现了 NOTCH 相关分子的基因表达与 CD151 水平之间的相关性。虽然使用 γ-分泌酶抑制剂 LY411575 对 Notch 信号传导进行药理破坏并不影响 CD151 水平，但它促进了心房分化。
研究小组还证明，LY411575 治疗心房分化方案诱导的 ACM 增强了产生心房样动作电位的细胞亚群，因此表明基于 CD151 的选择和 Notch 抑制相结合可显着改善功能性 ACM 的纯化。
尽管 CD151 表达与心肌细胞分化之间的确切关系仍不清楚，但本研究证明了其在选择细胞亚群以获得更均质且功能成熟的 ACM 和 VCM 方面的实用性。此外，研究人员还揭示了Notch信号在ACM分化和成熟中的关键作用。
总而言之，这些发现为心肌细胞分化提供了新的机制见解，并有助于改进当前从 hiPSC 生成特定心肌细胞亚型的方案，用于基础研究和生物医学应用。
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