心脏装上“结构显微镜”，《Science》开发AI工具用于解读心肌的“三维密码”
来源：iNature 2026-01-22 08:41
该研究开发了CaMVIA-3D，这是一种深度学习体积成像和分析管道，用于表征心脏微体系结构。
肥厚型心肌病(HCM)是一种遗传性心脏病，其特征是无法解释的心脏壁增厚，是世界范围内猝死的主要原因。然而，左心室肥大背后的心脏组织的三维结构仍然知之甚少。
2026年1月15日，哈佛医学院Jonathan G. Seidman团队在Science在线发表题为Deep-learning analysis of 3D microarchitectural remodeling in hypertrophic cardiomyopathy的研究论文。该研究开发了CaMVIA-3D，这是一种深度学习体积成像和分析管道，用于表征心脏微体系结构。
对HCM心脏组织的分析揭示了心肌细胞体积、形态和细胞外体积的基因型特异性差异，致病变异体表现出更大的同心细胞肥大和混乱，变异体阴性病例表现出显著的纤维化。猪HCM模型的纵向分析揭示了心肌细胞肥大前的早发性纤维化。通过整合转录组和形态学变化，确定了与细胞和细胞外重塑相关的基因。这些发现定义了HCM基因型特异性微结构差异，为改进诊断和靶向治疗提供了见解。
肥厚型心肌病(HCM)是一种遗传性心脏病，全世界大约200至500人中有1人患有这种疾病，是心脏性猝死的主要原因。标志性特征包括左心室(LV)壁增厚、心肌细胞紊乱和纤维化重塑。
致病性肌节变异体—最常见于MYH7或MYBPC3(PVpos)—占大多数家族性病例，与没有可识别变异体(PVneg)的患者相比，其临床结果更差。虽然心肌肥大长期以来被认为是HCM的一个定义特征，但心肌细胞肥大和细胞外体积(ECV)对左心室壁增厚的相对贡献—以及它们对基因型和疾病阶段的依赖性—仍未得到解决。
该研究将CaMVIA-3D应用于从接受心肌切除术或移植术的HCM病患者获得的心脏组织，以及携带内源性MYH7 R403Q变异体的纵向猪模型。人类PVpos心脏表现出明显的同心细胞肥大和混乱，在MYH7中最明显，而PVneg心脏保持正常的细胞体积，但表现出显著的ECV扩张。
微结构特征和左心室壁厚度之间关系的模型显示，PVpos增厚反映了心肌细胞肥大和ECV扩张的几乎相等的贡献，而PVneg增厚主要是由ECV驱动的。对MYH7 R403Q猪的纵向分析概括了人类表型，具有进行性同心细胞肥大和混乱。
肥厚型心肌病室壁增厚的基因型特异性机制（图源自Science）
值得注意的是，纤维化重塑——包括替代性纤维化和间质性纤维化——先于明显的心肌细胞肥大，突出表明纤维化重塑是HCM的早期驱动因素。总之，该研究利用先进的显微镜和基于深度学习的多疾病阶段人类和猪HCM心脏的3D分析，发现了心肌细胞形态和细胞外基质成分的基因型特异性差异。这些发现强调了独特的潜在生物学机制，并强调了基于基因型和重塑模式的靶向治疗的必要性。
参考消息：
https://www.science.org/doi/10.1126/science.ady6443
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