人類心臟以每分鐘60—100次的頻率跳動，從而輸送血液到全身臟器，維持生命的正常機能。心臟跳動的控制“中樞”或者說最高司令部為竇房結(jié)。早在一個多世紀(jì)以前人類就發(fā)現(xiàn)了竇房結(jié)，但是迄今為止學(xué)術(shù)界對它的認(rèn)識還相當(dāng)貧乏。竇房結(jié)位于心房之中，竇房結(jié)不但體積小，其實質(zhì)細(xì)胞也很少，而且細(xì)胞的分離和功能分析也比較有難度，這些阻礙了國際上對竇房結(jié)的研究的進(jìn)程。

最近，同濟(jì)大學(xué)陳義漢院士、薛志剛教授合作研究，借助起搏細(xì)胞分離技術(shù)、單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測序和分析技術(shù)、細(xì)胞影像學(xué)技術(shù)、基因修飾技術(shù)、細(xì)胞誘導(dǎo)分化技術(shù)和系列電生理學(xué)技術(shù)，從單細(xì)胞分辨率水平解析出了竇房結(jié)起搏細(xì)胞的核心基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，同時發(fā)現(xiàn)了竇房結(jié)起搏細(xì)胞的潛在重要前景的生物標(biāo)志物。研究成果在線發(fā)表于最新一期國際權(quán)威雜志《自然·通訊》上。

多個問題困擾著竇房結(jié)生物學(xué)和醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域，例如：竇房結(jié)起搏細(xì)胞有一個什么樣的分子細(xì)胞體系？竇房結(jié)起搏細(xì)胞究竟有沒有一個優(yōu)勢興奮的“主導(dǎo)集群”？控制竇房結(jié)起搏細(xì)胞功能的核心基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)是什么？竇房結(jié)起搏細(xì)胞特異的生物標(biāo)志物是什么？

研究團(tuán)隊揭示了從鼠到兔到猴三個物種的竇房結(jié)起搏細(xì)胞的集群類型和分子體系。他們通過信息學(xué)技術(shù)和功能驗證，初步證明了不同物種的竇房結(jié)起搏細(xì)胞均包含一個控制心臟跳動的“主導(dǎo)集群”。而且他們發(fā)現(xiàn)這些集群的細(xì)胞分散于竇房結(jié)的不同區(qū)域，這種分布特征可能有利于心跳的穩(wěn)態(tài)維持。他們鑒定出了控制心臟跳動的核心基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)中的個別分子被他們的實驗證實可以顯著地調(diào)控心跳的頻率。他們顯示一些轉(zhuǎn)錄因子也在該網(wǎng)絡(luò)之中。他們還發(fā)現(xiàn)了竇房結(jié)起搏細(xì)胞的生物標(biāo)志物，他們提示Vsnl1可能是一個可用于鑒定起搏細(xì)胞和探索心律失常的生物標(biāo)志物。上述發(fā)現(xiàn)為竇房結(jié)研究提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，有助于竇房結(jié)生物學(xué)、病理學(xué)和治療學(xué)的深度探索。