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。早在一個多世紀以前人類就發(fā)現(xiàn)了竇房結，但是迄今為止學術界對它的認識還相當貧乏。竇房結位于心房之中，竇房結不但體積小，其實質細胞也很少，而且細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的研究的進程。
最近，同濟大學陳義漢院士、薛志剛教授合作研究，借助起搏細胞分離技術、單細胞轉錄組測序和分析技術、細胞影像學技術、基因修飾技術、細胞誘導分化技術和系列電生理學技術，從單細胞分辨率水平解析出了竇房結起搏細胞的核心基因調控網絡，同時發(fā)現(xiàn)了竇房結起搏細胞的潛在重要前景的生物標志物。研究成果在線發(fā)表于最新一期國際權威雜志《自然·通訊》上。
多個問題困擾著竇房結生物學和醫(yī)學研究領域，例如：竇房結起搏細胞有一個什么樣的分子細胞體系？竇房結起搏細胞究竟有沒有一個優(yōu)勢興奮的“主導集群”？控制竇房結起搏細胞功能的核心基因調控網絡是什么？竇房結起搏細胞特異的生物標志物是什么？
研究團隊揭示了從鼠到兔到猴三個物種的竇房結起搏細胞的集群類型和分子體系。他們通過信息學技術和功能驗證，初步證明了不同物種的竇房結起搏細胞均包含一個控制心臟跳動的“主導集群”。而且他們發(fā)現(xiàn)這些集群的細胞分散于竇房結的不同區(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控網絡，該網絡中的個別分子被他們的實驗證實可以顯著地調控心跳的頻率。他們顯示一些轉錄因子也在該網絡之中。他們還發(fā)現(xiàn)了竇房結起搏細胞的生物標志物，他們提示Vsnl1可能是一個可用于鑒定起搏細胞和探索心律失常的生物標志物。上述發(fā)現(xiàn)為竇房結研究提供了基礎數(shù)據，有助于竇房結生物學、病理學和治療學的深度探索。