文献选读｜人源组装体揭示心脏起搏成熟机制

心脏节律的启动依赖于窦房结（sinoatrial node, SAN）起搏细胞产生的自发性电活动，同时也受到心脏内在神经系统的精细调控。SAN 位于上腔静脉与右心房交界处，是一个具有三维结构、细胞异质性和区域特化特征的起搏-传导复合体。其功能不仅取决于起搏细胞本身，还与自主神经输入、心房传导耦联以及局部微环境密切相关。然而，受限于人类 SAN 组织获取困难、结构复杂，以及动物模型与人类在电生理和自主神经调控方面存在差异，能够真实模拟人类神经-SAN互作的体外模型仍然不足。

在发表于 Cell Stem Cell 的研究中，Zhang 等建立了人多能干细胞（PSC）来源的 SAN-心脏神经丛组装体，用于研究神经支配相关的起搏系统成熟过程（1）。研究团队将 SAN 类器官（SANO）、富含自主神经元的心脏神经节丛类器官（CGPO）以及心房样心脏类器官（CO）进行整合，构建出三元组装体系统，从而重建神经-起搏-心房传导轴的关键结构与功能特征。

研究者首先优化了 SANO 的生成流程。通过在三维非贴壁培养条件下调控 SAN 命运相关信号，并加入 Ca²⁺ 敏感性 K⁺通道激活剂 1-EBIO，SHOX2阳性、心肌肌钙蛋白T阳性细胞细胞比例由约 20% 提高至约 50%。免疫染色、单细胞 RNA 测序和跨数据集比较显示，SANO 来源心肌细胞富集 SHOX2、ISL1、HCN4、CACNA1D、BMP4 和 VSNL1 等 SAN 相关标志物，并在转录组水平上更接近人胚胎 SAN 起搏细胞，而非心房或心室心肌细胞。

图1、人源窦房结类器官（SANOs）的生成与表征

功能分析进一步证明，SANO 具有起搏样特征。与心房样心脏类器官相比，SANO 表现出更短的钙瞬变周期，并可对 ivabradine 和 isoprenaline 产生符合预期的负性或正性变时反应。当 SANO 与心房样 CO 融合后，钙信号可在组装体内同步传播，且 SANO 能够作为主要起始位点驱动下游心房样组织活动。膜片钳结果也显示，SANO 来源起搏样细胞具有更去极化的最大舒张电位、较低的动作电位上升速率、较长的动作电位时程以及较高的 funny current（If）密度，支持其起搏细胞样电生理身份。

研究还展示了该系统在疾病建模中的应用潜力。作者构建了携带 KCNJ3 c.247A>C 突变的 SANO 模型，该突变与家族性窦性心动过缓相关。结果显示，该突变不影响 SAN 样细胞分化，但会导致最大舒张电位降低和自发搏动频率显著下降。使用 IKACh 抑制剂 tertiapin-Q 处理后，上述表型得到改善，说明 SANO 可用于解析遗传性 SAN 功能障碍的病理机制。

图2、CGPO-SANO组装体的构建与神经支配

为建立更接近体内环境的神经-起搏互作模型，研究团队进一步构建了 CGPO。CGPO 中 TUBB3⁺神经元形成类似神经节的簇状结构并延伸突起，大多数神经元表达副交感神经标志物 VAChT，而交感神经标志物 TH 表达较少，提示其具有心房内在副交感神经样特征。将 CGPO 与 SANO 融合后，CGPO 来源神经纤维可逐渐进入 SANO，并在 VSNL1⁺起搏样细胞周围形成网络。功能上，CGPO-SANO 组装体中的 SANO 钙瞬变频率下降，该效应可被 atropine 逆转，表明 CGPO 来源神经元能够通过胆碱能信号调控起搏活动。

值得注意的是，研究者还将该平台用于药物反应分析。已知可引起窦性心动过缓的沙利度胺在 CGPO-SANO 组装体中降低 SANO 钙瞬变频率，而在缺乏神经输入的对照组中影响不明显；停药后该效应可逆转。这一结果提示，神经化组装体可用于评估药物对起搏功能的情境依赖性影响，尤其适合研究涉及神经-心脏调控的复杂药理反应。

图3、PSAP-GPR37相关的神经元依赖性SANO成熟调控

机制层面，研究团队结合人胚胎 SAN 空间转录组图谱与组装体功能实验，发现 GPR37 在人胚胎 SAN 起搏细胞和 SANO 中富集，而其配体 prosaposin（PSAP）主要由 CGPO 来源神经元表达，并与突触囊泡标志物 Synaptophysin 部分共定位。进一步实验显示，CGPO 融合可促进 SANO 成熟相关特征，包括 COL1A1 沉积增加、起搏位点更集中、钙瞬变幅度升高以及对 ryanodine 更敏感。GPR37 敲除后，这些神经诱导的成熟效应消失；敲低神经元 PSAP 也会削弱 SANO 成熟表型。相反，重组 PSAP 可增强线粒体呼吸、细胞外基质沉积、钙信号稳定性及收缩力，且这些作用依赖 GPR37。

综上，该研究建立了一个人源 SAN-心脏神经丛组装体平台，可用于研究 SAN 发育、神经调控、起搏功能、传导障碍和药物反应。更重要的是，研究揭示了 CGPO 来源 PSAP 通过 GPR37 促进 SAN 样起搏细胞成熟的信号机制，为理解人类心脏内在神经系统如何参与起搏系统发育提供了新的实验模型和机制线索。

本研究使用了 GeneTex 的 Synaptophysin 抗体 [GT2589]（GTX633972） 于表征 CGPO 来源神经元中的突触囊泡相关信号。

GeneTex 提供丰富的干细胞和神经科学研究抗体产品系列。请参阅以下特色产品，并访问 GeneTex 官网了解更多信息。

特色产品

COL1A1 antibody [HL3040] (GTX640483)	Integrin beta 1 / CD29 antibody [HL1255] (GTX636657)
GFAP antibody [HL1307] (GTX636725)	NeuroD1 antibody [HL3356] (GTX641133)

参考文献：

(1) Cell Stem Cell. 2026 Jun 4;33(6):945-963.e11. doi: 10.1016/j.stem.2026.04.018. Epub 2026 May 15.