Coordination of cardiogenesis in vivo and in vitro.

文献信息

DOI	10.1038/s41580-025-00878-5
PMID	40993223
期刊	Nature reviews. Molecular cell biology
影响因子	90.2
JCR 分区	Q1
发表年份	2025
被引次数	0
关键词	心脏发育, 组织组织, 干细胞衍生系统, 心脏类器官, 先天性心脏病
文献类型	Journal Article, Review
ISSN	1471-0072
作者	Sasha Mendjan, Alison Deyett, Deborah Yelon

一句话小结

本综述探讨了心脏发育过程中组织结构、细胞谱系和分子因素之间的复杂相互作用，强调了新兴成像技术和基因组学如何推动对心脏类器官模型的理解。研究的意义在于为先天性和获得性心脏疾病的治疗方法开发提供了新的视角。

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心脏发育 · 组织组织 · 干细胞衍生系统 · 心脏类器官 · 先天性心脏病

摘要

心脏发育在解剖学、细胞学和分子水平上得到了广泛的研究。然而，组织结构、细胞谱系和分子因素之间复杂的相互作用，这些因素共同协调心脏发育，最终形成一个无缝同步的功能性心脏，仍然是一个具有挑战性的研究课题。在体内动物模型和体外干细胞衍生系统中进行的机制研究旨在揭示这一复杂性。在本综述中，我们讨论了近期成像技术和基因组学的快速进展，以及下一代心脏类器官模型的发展，如何为这些过程提供深刻的见解，并对新治疗方法的开发有重要意义，尤其是针对先天性或获得性心脏疾病。我们探讨了心脏作为第一个功能性器官的发展过程——从中胚层的形态发生、心脏管和心腔的形成，到初始心跳和起搏点的建立，以及形态发生和功能如何协同驱动心脏的成熟。

英文摘要

Heart development has been extensively explored on the anatomical, cellular and molecular levels. Yet, the intricate interplay of tissue organization, cellular lineages and molecular factors that orchestrate heart development, culminating in forming a seamlessly synchronized functional heart, remains challenging to investigate. Mechanistic studies conducted both in vivo using animal models and in vitro stem-cell-derived systems aim to unravel this complexity. In this Review, we discuss how the recent surge in technological advancements in imaging and genomics, coupled with the evolution of next-generation cardiac organoid models, has provided profound insights into these processes, holding significant implications for the development of novel therapies for congenital or acquired heart diseases. We discuss the development of the heart as the first functional organ - from the morphogenesis of the mesoderm, heart tube and cardiac chambers to the establishment of the initial heartbeat and pacemaker and further how morphogenesis and function collaboratively drive heart maturation.

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主要研究问题

核心洞察

研究背景和目的

心脏发育在解剖学、细胞学和分子水平上得到了广泛的研究。然而，组织结构、细胞谱系和分子因素之间的复杂相互作用，如何协调心脏的发育并最终形成一个无缝同步的功能性心脏，仍然是一个具有挑战性的研究领域。本综述旨在探讨最近技术进步（如成像和基因组学）与下一代心脏类器官模型的演变如何提供对心脏发育过程的深刻见解，并讨论这些发现对先天性或获得性心脏病新疗法发展的重要意义。

主要方法/材料/实验设计

本研究综合了体内动物模型和体外干细胞衍生系统的机制研究，以揭示心脏发育的复杂性。研究主要涉及以下几个方面：

心脏发育的阶段：
- 胚层的形态发生
- 心脏管的形成
- 心腔的建立
- 初始心跳和起搏点的形成
- 形态发生与功能的协同作用推动心脏成熟

以下是研究的技术路线图：

关键结果和发现

技术进步使得对心脏发育的成像和基因组学分析更加深入。
下一代心脏类器官模型为理解心脏的发育过程提供了新的平台。
研究表明，心脏的形态发生与其功能之间存在密切的协同关系，这对心脏的成熟至关重要。

主要结论/意义/创新性

本综述强调了心脏发育研究的重要性，并指出通过新的技术手段，可以更好地理解心脏发育的复杂机制。这些研究不仅为基础生物学提供了新的视角，还为先天性和获得性心脏病的治疗开发了潜在的新策略，具有重要的临床意义和创新性。

研究局限性和未来方向

尽管本研究提供了对心脏发育机制的深刻见解，但仍存在一些局限性：

当前的模型可能无法完全模拟人类心脏发育的复杂性。
未来的研究需要整合多种技术，以进一步探索心脏发育中的细胞间相互作用和信号传导路径。

未来的研究方向包括：

开发更为精细的心脏类器官模型。
深入研究心脏发育中的基因调控网络。
探索如何将这些发现转化为临床应用，以改善心脏疾病的治疗效果。

参考文献

Spatially resolved multiomics of human cardiac niches. - Kazumasa Kanemaru;James Cranley;Daniele Muraro;Antonio M A Miranda;Siew Yen Ho;Anna Wilbrey-Clark;Jan Patrick Pett;Krzysztof Polanski;Laura Richardson;Monika Litvinukova;Natsuhiko Kumasaka;Yue Qin;Zuzanna Jablonska;Claudia I Semprich;Lukas Mach;Monika Dabrowska;Nathan Richoz;Liam Bolt;Lira Mamanova;Rakeshlal Kapuge;Sam N Barnett;Shani Perera;Carlos Talavera-López;Ilaria Mulas;Krishnaa T Mahbubani;Liz Tuck;Lu Wang;Margaret M Huang;Martin Prete;Sophie Pritchard;John Dark;Kourosh Saeb-Parsy;Minal Patel;Menna R Clatworthy;Norbert Hübner;Rasheda A Chowdhury;Michela Noseda;Sarah A Teichmann - Nature (2023)
The deployment of cell lineages that form the mammalian heart. - Sigolène M Meilhac;Margaret E Buckingham - Nature reviews. Cardiology (2018)
Primitive-streak origin of the cardiovascular system in avian embryos. - V Garcia-Martinez;G C Schoenwolf - Developmental biology (1993)
Location and movements of cardiogenic cells in the chick embryo: the heart-forming portion of the primitive streak. - G C Rosenquist - Developmental biology (1970)
Ventricular, atrial, and outflow tract heart progenitors arise from spatially and molecularly distinct regions of the primitive streak. - Kenzo Ivanovitch;Pablo Soro-Barrio;Probir Chakravarty;Rebecca A Jones;Donald M Bell;S Neda Mousavy Gharavy;Despina Stamataki;Julien Delile;James C Smith;James Briscoe - PLoS biology (2021)
Clonal analysis of epiblast fate during germ layer formation in the mouse embryo. - K A Lawson;J J Meneses;R A Pedersen - Development (Cambridge, England) (1991)
The allocation of epiblast cells to the embryonic heart and other mesodermal lineages: the role of ingression and tissue movement during gastrulation. - P P Tam;M Parameswaran;S J Kinder;R P Weinberger - Development (Cambridge, England) (1997)
The T-box transcription factor Eomesodermin acts upstream of Mesp1 to specify cardiac mesoderm during mouse gastrulation. - Ita Costello;Inga-Marie Pimeisl;Sarah Dräger;Elizabeth K Bikoff;Elizabeth J Robertson;Sebastian J Arnold - Nature cell biology (2011)
The clonal origin of myocardial cells in different regions of the embryonic mouse heart. - Sigolène M Meilhac;Milan Esner;Robert G Kelly;Jean-François Nicolas;Margaret E Buckingham - Developmental cell (2004)
Early patterning and specification of cardiac progenitors in gastrulating mesoderm. - W Patrick Devine;Joshua D Wythe;Matthew George;Kazuko Koshiba-Takeuchi;Benoit G Bruneau - eLife (2014)

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