患者相关心肌细胞药物研究中电活动、钙处理和肌节收缩三类功能终点概念图。
2013 年综述药物反应案例涉及电活动、钙处理与肌节收缩等终点。图为原创概念示意。(J&E Bio 原创)(J&E Bio)

患者相关遗传背景使模型呈现疾病表型

斯坦福大学(Stanford University)作者在 2013 年综述人诱导多能干细胞来源心肌细胞(human induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes,hiPSC-CMs)用于心血管疾病和药物评价的进展。它们能够保留患者相关遗传背景,让研究者观察细胞电活动、钙处理及肌节功能。

当时多数研究集中于单基因疾病,尤其是编码区点变异引起、基因与细胞表型关联较明确的疾病。更常见的多基因或环境相关心血管病仍是后续方向。

长 QT 模型用药物观察电活动是否恢复

综述转述长 QT 综合征患者来源细胞的研究。模型出现动作电位时程延长等异常;在一个案例中,异丙肾上腺素使动作电位时程增加,普萘洛尔可消除这一增加。另一项 KCNH2 相关模型用吡那地尔和硝苯地平恢复动作电位时程。

Timothy 综合征相关细胞则出现异常钙瞬变,roscovitine 处理改善了这一表型。综述还讨论儿茶酚胺敏感性多形性室性心动过速模型:相关研究用氟卡尼、丹曲林等化合物干预细胞钙处理。

心肌病模型观察肌节排列与收缩功能

作者介绍 TNNT2 变异家系的扩张型心肌病模型,患者来源心肌细胞出现肌节排列、收缩力及搏动异常。美托洛尔处理改善了肌节排列。

MYH7 相关肥厚型心肌病细胞表现为细胞增大、细胞内钙升高和钙瞬变不规则,维拉帕米可减轻这些表型。PKP2 相关致心律失常性右室心肌病模型则有脂质积累与肌节紊乱;异丙肾上腺素提高收缩性。

成熟度、亚型和细胞系差异影响解释

hiPSC-CMs 的离子通道和肌节状态较接近胎儿心肌,通常缺少组织化的横小管。同一分化批次还可能混有心房、心室和结节样亚型。

作者同时指出,细胞系和患者之间的分化效率存在明显差异,培养物也可能包含其他细胞类型。纯度与成熟度影响平台一致性,同一供者不同细胞系之间的遗传及表观遗传差异也需要考虑。

扩大药筛前仍有转化问题待回答

综述最后提出两个药物研发问题:能否持续获得足够一致的心肌细胞,以筛查数百乃至数千种药物;一种药物在培养皿中恢复细胞功能后,其效果能够在多大程度上传递到患者。

来源与延伸阅读

  1. Induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes for cardiovascular disease modeling and drug screening. Stem Cell Research & Therapy. 2013. doi:10.1186/scrt380 ↗