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心脏病和神经系统疾病是威胁人类健康的杀手，无论在发达还是发展中国家，这些疾病的发病率和致死率均居高不下，给公共卫生事业带来了极大的压力和负担。追根溯源，心脏和神经系统疾病的病因是心肌和神经细胞（或神经前体细胞）的功能或器质性损伤。体外获得高纯度且富有活力的人类心肌和神经（干）细胞并鉴定其特征性分子标记物是认识和干预这些疾病的必要手段。然而由于技术所限，目前尚无法实现人类心肌和神经细胞的活体取材和体外大量培养。此外，由于不同个体间遗传背景存在差异，即便实现了病人样品的活体取材，样品的遗传背景噪音也将不可避免地带来基因组分析的"偏见"。这些因素均严重阻碍了转化医学的进程。
2013年8月27日，中国科学院生物物理研究所刘光慧研究组同美国UCSD和Salk研究所的科研人员在Protein &Cell杂志发表合作研究论文"Global DNA methylation and transcriptionalanalyses of human ESC-derivedcardiomyocytes"。该研究利用人类胚胎干细胞定向诱导分化技术在实验室成功地获得了高纯度的人类心肌细胞和神经干细胞。研究人员进一步通过全基因组DNA甲基化和转录组分析分别绘制了人类心肌细胞、神经干细胞和胚胎干细胞的表观遗传和基因表达图谱，并通过系统生物学方法确立了细胞谱系转化的关键节点和疾病相关信号网络。该研究发现，在人类心肌细胞中特异高表达的多数基因均与遗传或后天性心血管疾病存在相关性，其中NPPB、TNNT2、NPPA、RYR2以及PLN这5个基因与至少10种不同种类的心血管疾病密切相关。更为重要的是，研究鉴定出29种心肌细胞特异基因的表达可能受到DNA甲基化的调控。这些基因主要编码心肌细胞的重要结构组分，在人类心肌细胞中它们启动子区CpG岛甲基化水平与具有相同遗传背景的人类胚胎干细胞和神经干细胞相比均显著降低，提示了DNA甲基化可能作为主要的抑制信号调节这些心肌"管家"基因的表达。相比之下，心肌细胞特异转录因子的表达却鲜受其基因启动子DNA甲基化的调控。
该研究首次绘制了高纯度人类心肌细胞的基因组DNA甲基化图谱。研究揭示的不同人类细胞谱系所特有的分子信号网络和新型分子标记物将为心血管和神经系统疾病的转化医学研究提供珍贵的生物信息学资源和靶点。此外，该研究平台同基因组靶向编辑技术的结合也将为创造新型人类疾病模型、阐明疾病分子机制以及药物筛选或评价提供契机。
刘光慧研究员为本论文的共同通讯作者，该研究工作受到中国科学院干细胞与再生医学战略先导专项以及自然科学基金委的资助。生物物理所已就该成果申请了国家发明专利。（
