研究背景:窦房结是心脏的重要组成部分,由起搏细胞组成,对维持心脏的正常起搏功能具有重要作用。窦房结功能障碍会引起病态窦房结综合征（Sick Sinus Syndrome,SSS）,但是由于成人窦房结组织在心脏中占比较小,体外分离提取困难,目前对SSS的研究中缺乏人源模型,导致对其不能进行更有效的预防和治疗。T-Box转录因子18（TBX18）是T-box家族中的一员,编码TBX18蛋白,在窦房结的胚胎发育中起着至关重要的作用。研究目的与方法:为了更好地研究窦房结功能受损对心肌细胞的影响,完善病窦综合征的发生机理,我们利用CRISPR/Cas9基因编辑技术在人胚胎干细胞上构建了 TBX18敲除的细胞模型,并将其分化成心肌细胞。通过电生理、流式细胞术评价TBX18敲除对分化后心肌的影响,并在mRNA水平、蛋白质水平、形态学以及RNAseq结果上比较二者差异,最后利用相关通路抑制剂挽救了异常表性。阐明了纯合TBX18缺失对分化后窦房结样细胞的影响。研究结果:我们发现TBX18的纯合敲除不影响人胚胎干细胞的多潜能性,敲除干细胞株显示出正常的多能性、干细胞形态、核型和分化成三胚层的能力。TBX18缺失的胚胎干细胞分化的心肌细胞在形态学上与野生型无差异。电生理检测发现TBX18缺失使得心肌细胞节律发生改变。进一步检测发现,敲除株心肌中窦房结细胞含量降低,窦房结相关标志物在mRNA和蛋白水平上均表达下降。RNAseq分析结果提示其与PI3K-Akt信号通路相关。利用PI3K-Akt信号通路的抑制剂CHIR99021对分化过程进行干预后发现,窦房结相关标志物表达量增加。研究结论:TBX18敲除的细胞模型在体外重现了窦房结样细胞减少的表型,表明TBX18缺失影响窦房结的发育,PI3K-Akt信号通路抑制剂可以挽救该表型。同时,TBX18的敲除促进了心房心室肌表达,也降低了非心肌细胞的表达,相关机制有待后续实验的验证。总而言之,本研究对TBX18参与窦房结样细胞发育的机制进行了相关研究,结果表明TBX18参与了窦房结发育并且是导致窦房结功能紊乱的关键因素。