心臟的節(jié)律性跳動保證了血液循環(huán)的正常運(yùn)行。位于心臟竇房結(jié)的心臟起搏細(xì)胞正是引起和維持正常心臟跳動的重要細(xì)胞。這些細(xì)胞如果發(fā)生病變，會引起心率失常等心臟疾病。目前最有效的治療手段是植入電子起搏器，但因其電池壽命有限，可能引發(fā)感染等原因，多能干細(xì)胞來源的生物起搏器的研究亟需發(fā)展。而生物起搏器的研發(fā)極大依賴于心臟起搏細(xì)胞體內(nèi)發(fā)育調(diào)控機(jī)制的研究。但目前心臟起搏細(xì)胞的發(fā)育來源尚有爭議，同時其分化調(diào)控的機(jī)制也亟待闡明。

2019年8月8日，美國加州大學(xué)圣地亞哥分校的任潔博士，在Neil C. Chi教授的指導(dǎo)下在Developmental Cell雜志上在線發(fā)表了題為Canonical Wnt5b Signaling Directs Outlying Nkx2.5+ Mesoderm into Pacemaker Cardiomyocytes的研究論文。文章首次揭示了心臟起搏細(xì)胞發(fā)育調(diào)控的一種新機(jī)制，并成功將該機(jī)制運(yùn)用于人類多能干細(xì)胞的體外分化，獲得了多能干細(xì)胞來源的心臟起搏細(xì)胞，為心臟疾病患者的生物起搏器治療提供了新的可能性。

作者首先利用斑馬魚作為模式生物，運(yùn)用基于光轉(zhuǎn)換原理的細(xì)胞追蹤技術(shù)，發(fā)現(xiàn)心臟起搏細(xì)胞來源于Nkx2.5陽性的心肌前體細(xì)胞，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)Wnt5b激活的典型Wnt信號通路在這些前體細(xì)胞中直接激活心臟起搏細(xì)胞重要標(biāo)記基因的表達(dá)，從而促進(jìn)這些前體細(xì)胞分化成為心臟起搏細(xì)胞。作者進(jìn)一步將這一發(fā)育調(diào)控機(jī)制應(yīng)用于人類多能干細(xì)胞的體外分化，發(fā)現(xiàn)通過激活典型Wnt信號通路可以極大促進(jìn)多能干細(xì)胞分化成為心臟起搏細(xì)胞。并且利用3D生物打印技術(shù)證明這些多能干細(xì)胞來源的心臟起搏細(xì)胞可以在體外成為其他心肌細(xì)胞的心跳起搏點(diǎn)，從而證明通過激活典型Wnt信號通路可以獲得具有功能性的多能干細(xì)胞來源的心臟起搏細(xì)胞。

因此，該項研究通過闡明心臟起搏細(xì)胞的發(fā)育來源，揭示了心臟起搏細(xì)胞分化調(diào)控的重要機(jī)制，并成功運(yùn)用于人類多能干細(xì)胞的體外分化，獲得了具有功能性的多能干細(xì)胞來源的心臟起搏細(xì)胞，既證明了這一發(fā)育調(diào)控機(jī)制在進(jìn)化上的保守性，也為心臟疾病患者的生物起搏器治療提供了新的可能性。