多组学分析揭示长期培养过程中人多能干细胞来源心肌细胞的成熟程序

人多能干细胞来源心肌细胞（hPSC-CMs）在疾病建模、药物发现和心脏再生治疗方面具有巨大潜力。然而，hPSC-CMs的不成熟表型仍然是限制其转化应用的主要障碍。在这里，我们进行了整合多组学分析，以识别长期培养过程中与hPSC-CM成熟相关的分子通路和调控程序。hPSC-CMs被培养113天，并在成熟的各个渐进阶段使用代谢组学、蛋白质组学和转录组学进行分析。长期培养诱导了广泛的多组学重塑，包括从第30天到第113天，142/934种代谢物、550/3,556种蛋白质和2,892/23,309个转录本发生显著变化。代谢组学分析揭示，从第30天到第60天，磷脂生物合成和线粒体脂肪酸β氧化早期增加，提示代谢启动先于后期成熟事件。相比之下，蛋白质组重塑在成熟后期更为突出，其特征是钙处理增强和细胞周期退出。转录组学分析表明，离子通道表达、t小管组织、脂肪酸代谢、肌酸穿梭通路和细胞周期阻滞程序逐步增加。转录组和整合多组学通路分析发现，在成熟过程中，TGFβ、MAPK、Wnt和Hedgehog信号协同抑制，同时整合素相关、呼吸电子传递、肌肉收缩和Slit-Robo信号通路激活。此外，多组学转录因子活性分析优先确定了一个以GATA4为中心的推定心肌细胞成熟调控因子网络，包括SOX7、SOX18、TBX2和ZFPM2（FOG2）。总之，这些发现阐明了长期培养过程中hPSC-CM成熟的程度和速度，并建立了一个整合多组学框架，用于识别加速hPSC-CM成熟的策略。