人類心臟形態(tài)形成的過程尚不完全清楚矿酵。它的全部特性需要用單細(xì)胞空間分辨率在器官范圍內(nèi)對基因表達進行深入探索。在這里矗积，我們提出了一種分子方法全肮，揭示了胚胎心臟在三個發(fā)育階段的細(xì)胞類型的全面轉(zhuǎn)錄景觀，并將細(xì)胞類型特異性基因表達映射到特定的解剖結(jié)構(gòu)域棘捣」枷伲空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)鑒定了在每個發(fā)育階段對應(yīng)不同解剖區(qū)域的獨特基因圖譜。通過單細(xì)胞RNA測序鑒定的人胚胎心臟細(xì)胞類型乍恐，證實并豐富了胚胎心臟基因表達的空間注釋评疗。然后使用原位測序來細(xì)化這些結(jié)果，并創(chuàng)建三個發(fā)育階段的空間亞細(xì)胞圖譜茵烈。最后百匆，我們制作了一個人類心臟發(fā)育的公共網(wǎng)絡(luò)資源，以促進未來對人類心臟發(fā)生的研究呜投。

• 在人類心臟發(fā)生中的時空基因表達模式
• 在人類胚胎心臟中繪制細(xì)胞類型分布和空間組織
• 深入分析了不同細(xì)胞類型在心臟發(fā)育中的作用
• 人類胚胎心臟的公共可用網(wǎng)絡(luò)資源

(A)本研究包括的三個人類心臟組織的發(fā)育階段加匈。天數(shù)被定義為受孕后的天數(shù)。(B)本研究中提出的分子方法概述;其步驟如下:(1)利用ST技術(shù)探索三顆心臟的轉(zhuǎn)錄全時空模式;(2)利用scRNA-seq技術(shù)在中間時間點解剖心臟細(xì)胞類型異質(zhì)性;(3)利用ISS技術(shù)以亞細(xì)胞分辨率定位關(guān)鍵基因;(4)生成三維基因表達圖譜仑荐。

(A C)對4.5 5 PCW (A)雕拼、6.5 PCW (B)和9 PCW (C)心臟樣本的組織切片進行免疫染色，顯示其整體解剖結(jié)構(gòu)粘招。肌鈣蛋白T (TNNT2)的空間蛋白表達在左右心室及左右心房均有發(fā)現(xiàn)啥寇。OFT顯示主動脈平滑肌肌動蛋白(ACTA2)的空間表達，顯示主動脈和肺動脈在三個階段的逐漸形成(以白色虛線表示)洒扎。在6.5 PCW和9 PCW時(由白色箭頭表示)位于心外膜下間質(zhì)的冠狀動脈中也可以看到ACTA2辑甜。含肺靜脈的縱隔組織(ACTA2)只在晚期可見(以橙色虛線表示)。(D)從4.5 5袍冷、6.5和9 PCW人類胚胎心臟的19個組織切片中減少和聚類3115個點磷醋。每個簇注釋的解剖區(qū)域如下所示。(E G)將所有10個聚類的數(shù)據(jù)點映射到它們的空間位置表明难裆，聚類集中在不同的組織學(xué)區(qū)域。放大的組織結(jié)構(gòu)圖像顯示在F1 F3中。(H)差異基因表達分析顯示所有10個聚類中出現(xiàn)和下調(diào)的基因乃戈。調(diào)整后的p值<紅色表示0.01褂痰，黑色表示調(diào)整后的p值r0.01。(A C)和(E G)圖形包含平鋪圖像覆蓋整個組織症虑。

(A)散點圖顯示6.5 PCWheart樣本細(xì)胞聚集基因計數(shù)與6.5 PCW心臟樣本斑點聚集基因計數(shù)之間的皮爾遜相關(guān)性缩歪。(B)聚類染色的6.5 7 PCW心臟的3717個單細(xì)胞的維數(shù)減少和聚類。被識別的細(xì)胞類型谍憔，是注釋的基礎(chǔ)上的標(biāo)記基因信息匪蝙，顯示在右邊。(C) tSNE圖如(B)所示习贫，根據(jù)細(xì)胞分離前得到的各自心臟部分的來源逛球，對細(xì)胞進行染色。虛線的部分(我)說明了集群1(心室心肌細(xì)胞),這是目前在相當(dāng)大的程度上在分?jǐn)?shù)(ii)苫昌。虛線部分(2)說明缺席集群5,7和14(平滑肌細(xì)胞/呈颤绕、心房心肌細(xì)胞和心臟神經(jīng)嵴和施旺祖細(xì)胞),它們存在于分?jǐn)?shù)(i)。

(A) smFISH分析的6.5 PCW心臟樣本的組織切片祟身，顯示MYH7奥务、TBX18和OGN基因的空間分布。比例條:(A) 1000 mm袜硫， (A1) 10 mm氯葬， (A1a) 5 mm， (A2) 10 mm婉陷， (A2a-b) 5 mm帚称。(B) ISS分析的6.5 PCW心臟樣本的組織切片，顯示匹配的基因表達模式憨攒。MYH7定位于心室世杀，TBX18定位于心外膜，OGN定位于OFT區(qū)域肝集。比例條:(B) 1000mm瞻坝， (B1) 50mm， (B1 - B) 10mm杏瞻， (B2) 50mm所刀。(A和B)圖形包含平鋪圖像，覆蓋整個組織捞挥。

(A) ISS鑒定的69個基因轉(zhuǎn)錄在6.5 PCWheart組織切片中的分布浮创。基因信號以符號的形式顯示砌函，顏色按其所屬簇進行分組斩披，如圖3B所示溜族。只包括分配給細(xì)胞的讀取以作進一步分析。(B) (A)中所示的基因轉(zhuǎn)錄的概率細(xì)胞圖垦沉。該圖顯示了20,920個細(xì)胞煌抒，以匹配scRNA-seq簇的概率餅狀圖表示。每個餅圖的比例用顏色編碼厕倍，如圖3B所示寡壮。(C)將(A)中所選區(qū)域的放大圖像。識別出的基因信號根據(jù)其聚類身份以彩色符號表示讹弯。(D)放大(B)對應(yīng)區(qū)域的圖像况既。每個餅圖代表一個單元格，其大小與分配給該單元格的讀取次數(shù)(最小5次)成比例组民。(E)讀數(shù)的分布和分配棒仍，以及細(xì)胞簇在單細(xì)胞水平上的概率分布。(C)和(D)中的示例展示了讀取如何分配給單元以及單元如何分配給集群邪乍。頂部面板:分配和分配讀到四個示例單元格降狠。白線將讀取連接到分配給它們的單元格。DAPI染色的細(xì)胞核呈灰色庇楞。底部面板:餅狀圖榜配，顯示上述四個示例單元格如何與每個集群匹配。顏色是細(xì)胞類型特有的吕晌。(A)圖包含平鋪圖像蛋褥，覆蓋整個組織。

(A和B)的比較基因表達檢測在圣scRNA-seq,和空間站特定標(biāo)記基因許旺祖和心臟神經(jīng)嵴細(xì)胞(A)和心外膜細(xì)胞和EPDCs (B)睛驳。每一個標(biāo)記基因表達了在圣組織部分的熱圖和scRNA-seq tSNE情節(jié),作為小提琴情節(jié)整個scRNA-seq集群和注冊記錄在國際空間站的組織部分,分別烙心。(C)概述分別為4.5 5、6.5和9 PCW的心臟組織切片乏沸。(D)三個時間點的OFT域放大圖像淫茵，顯示ISS檢測到的ISL1和ALDH1A1亞細(xì)胞基因表達。在顯示MYBPC3蹬跃、TBX18匙瘪、ITLN1、ISL1和ALDH1A1亞細(xì)胞基因表達的三個時間點上蝶缀，放大右(E)和左(F) AV心外膜下間質(zhì)結(jié)構(gòu)域的圖像丹喻，大小為200mm (E和F)。(G)基于細(xì)胞概率作圖的心外膜細(xì)胞(第9簇)和epdc細(xì)胞(第3簇)的空間分布翁都。每個數(shù)據(jù)點(即單元格)用餅圖表示碍论，顏色編碼如圖3B所示。(A F)數(shù)字包含平鋪圖像覆蓋整個組織柄慰。

(A) 6.5 PCW人類胚胎心臟三維基因表達參考模型的數(shù)字化構(gòu)建鳍悠。該模型在這里說明了從前部税娜、側(cè)面和頂部觀察的9個ST組織切片中ST斑點的位置。在圖2F中藏研，ST點是由它們的集群標(biāo)識著色的巧涧。(B)與(A)中所見的相同的3D數(shù)字結(jié)構(gòu)，但這里展示了ISS的概率細(xì)胞圖遥倦。該圖像顯示了來自6.5 PCW組織切片的20920個細(xì)胞，按細(xì)胞類型標(biāo)識著色占锯，如圖3B所示袒哥。