利用HNC4谱系细胞探讨心脏起搏传导系统的细胞起源

心律失常是成人死亡的首要原因，心律失常最常发生于那些在发育过程中来源于心脏起搏传导系统的组织。因此，阐明起搏传导系统的形成及其信号通路对理解心律失常的分子机理至关重要。心脏由多来源的心脏干细胞谱系形成。HCN4通道特异性地表达在心脏起搏传导系统。我们已经建立HCN4小鼠模型，并推测HCN4标记那些来自多个心脏谱系的并具有心脏起搏传导系统分化潜能的心脏干细胞。为验证上述假设，我们拟开展以下研究：分析HCN4谱系细胞对起搏传导系统各组成部分的贡献；利用标志不同心脏谱系的Cre小鼠，研究HCN4细胞与这些心脏谱系的起源关系；利用标志不同心脏谱系的Cre敲除小鼠HCN4，阐明这些起源于不同心脏领域的细胞在窦房结起搏功能中的作用。本研究将对心脏起搏传导系统的形成、功能及心律失常的发病机理提出新见解，并为开发心律失常的干细胞疗法包括生物心脏起搏器，提供分子和细胞学依据。

多种来源的心脏干细胞参与了心脏的形成，包括来源于第一和第二心区的心脏前体细胞。第一心区前体细胞谱系形成左心室，而第二心区谱系形成右心室，心脏流出道和大部分的心房。转录因子Isl1标记了第二心区谱系。但是第一心区谱系的特异性的标志物一只不为所知，这在很大程度上阻碍了我们对第一心区心脏干细胞分化潜能的认识。心律失常是常由心脏起搏传导的异常造成，是最常见的导致死亡的原因。所以发现新的心脏谱系（包括起搏传导系统谱系）的特异性标志物对发明新的疗法至关重要。为探讨HCN4作为第一心区和起搏传导系统前体细胞的标志物，本研究建立了多种HCN4的小鼠模型，包括HCN4核LacZ，GFP和诱导型Cre小鼠，并利用其他心脏谱系特异性小鼠（Isl1Cre和Tbx18Cre -第二心区，Nkx2.5Cre-第一和第二心区）和谱系报导小鼠（Rosa-LacZ，-tomatoRed和-膜GFP），从而使我们能够实时观察HCN4的动态表达，谱系追踪HCN4标记的前体细胞与第一和第二心区前体细胞的关系，探讨HCN4谱系细胞是如何参与心脏的形成，以及如何参与心脏起搏传导系统各个组分的形成。我们发现，早起的HCN4是第一心区的标记物，并标记了所有的起搏传导系统，HCN在心肌细胞和部分内皮细胞中表达。结合我们的HCN4CreERT2的谱系研究，我们提出了一个起搏传导系统谱系来源和时相分化的模型：在心脏发育过程中，最早的HCN4表达标记了第一心区，并参与左心室的左束支，Purkinje纤维和一少量的右Purkinje纤维。稍后HCN4标记了His束，房室结和少量的外周窦房结细胞。相反，绝大部分窦房结和右Purkinje纤维来源于Isl1第二心区谱系。