心血管疾病是当今社会威胁全人类生命健康的严重疾病之一。治疗心血管疾病的关键工具和重要因素是获得正常生理功能的心肌细胞。而目前人类多能干细胞（human pluripotent stem cells,hPSC）衍生的心肌细胞在产生符合治疗和研究心血管疾病的细胞模型方面具有巨大的优势。hPSC向心肌细胞诱导分化的分子机制中发现,Wnt信号、骨形态发生蛋白（bone morphogenetic proteins,BMPs）和Activin/Nodal等在hPSC向心肌细胞诱导分化过程中起关键作用。但是,目前尚没有对hPSC向心肌细胞分化的重要基因进行系统性筛选与分析的报道。本文开展了hPSC向心肌细胞分化的关键基因筛选与鉴定的相关研究工作。首先,筛选人类诱导多能干细胞（human induced pluripotent stem cells,hi PSC）向心肌细胞分化过程中关键差异表达基因。把hi PSC向心肌细胞分化4个阶段（未分化的i PSC（D0）、中胚层细胞（D2）、早期心肌细胞（D7）、心肌细胞（D14））之间的基因进行差异表达分析,并对获得的差异表达基因进行功能和信号通路分析。构建差异表达基因的蛋白质-蛋白质相互作用（protein-protein interaction,PPI）网络,最终筛选得到10个关键差异表达基因,分别为FPR2、ADCY2、CXCR2、CXCR4、PF4、GALR1、GAL、CXCL5、CXCL6和HCAR3。通过功能分析,只有CXCR4参与心脏过程、心脏收缩和心肌收缩等过程中。其次,基于加权基因共表达网络分析（weighted gene co-expression network analysis,WGCNA）筛选hi PSC向心肌细胞分化过程中的关键基因。应用WGCNA对共表达的基因进行聚类,并将其划分为不同的基因模块,利用Cytoscape筛选出聚类显著模块中的核心基因为BMP5,发现BMP5不仅在重要模块中与其他基因相互作用最多,而且在分化过程中差异表达。通过PPI网络分析发现BMP5与心脏发育相关的关键转录调控因子NKX2-5相互作用。通过功能分析,发现BMP5参与心肌组织发育、心腔发育和心脏形态发生等过程。随后,把hPSC向心肌细胞诱导分化并验证BMP5和CXCR4是否在hPSC向心肌分化过程中差异表达。通过碱性磷酸酶检测、Real-time PCR、Western blot和免疫荧光实验证明人胚胎干细胞（human embryonic stem cells,h ESC）成功地诱导分化为心肌细胞。通过Real-time PCR验证发现,与h ESC阶段/hi PSC阶段（D0）相比,BMP5在中胚层阶段（D2）、早期心肌细胞阶段（D7）、心肌细胞阶段（D14）的表达量显著升高。CXCR4在h ESC分化过程中,中胚层阶段（D2）和早期心肌细胞阶段（D7）表达量升高、心肌细胞阶段（D14）的表达量没有明显变化,而在hi PSC分化的3个阶段中CXCR4的表达量都明显下降。最后,探究BMP5在h ESC向心肌细胞分化过程中的作用。通过质粒转染让BMP5在h ESC中过表达,并向心肌细胞诱导分化。在显微镜下观察,转染BMP5的h ESC来源的心肌细胞的搏动频率高于非转染h ESC来源的心肌细胞。Western blot和免疫荧光检测发现转染BMP5的h ESC来源的心肌细胞标志蛋白的表达水平都高于非转染h ESC来源的心肌细胞。因此推测BMP5在h ESC向心肌细胞分化过程中起促进作用。本研究联合差异表达基因分析和WGCNA的方法筛选出hi PSC向心肌细胞分化过程中的关键基因BMP5,通过细胞和分子生物学实验探究BMP5的功能,初步证实BMP5可能在hPSC向心肌细胞的分化过程中具有重要作用,为进一步提高干细胞向心肌细胞分化的效率奠定基础。