目的:心肌疾病是现代社会发病率和致死率最高的重大疾病之一，心肌缺血等疾病造成的心肌损伤属于不可逆的细胞死亡，至今仍缺少有效的治疗方式。自从人胚胎干细胞(hESC)和人诱导胚胎干细胞(hiPS)被发现以来（统称人多能干细胞hPSC），人多能干细胞来源心肌细胞成为心肌疾病治疗领域的新希望。除了用于细胞治疗以外，干细胞来源心肌细胞还可以用于心肌疾病治疗性药物筛选和药物心脏特异性毒性检测等重要方面。20年来，人多能干细胞定向分化和应用领域取得了突飞猛进的发展，但目前的分化方法仍存在稳定性差、成本昂贵、不适合大规模生产等问题，并且现今对人多能干细胞分化过程中调控机制的了解仍存在很多矛盾和缺失，亟需对此进行进一步提升和完善。　　方法与结果:我们利用H9-cTnT-eGFP人胚胎干细胞系作为报告系统，在无细胞因子及高密度单层培养诱导条件下，筛选能促进干细胞向心肌细胞高效率分化的小分子化合物。结合Murry实验室报道的单层分化方法和Wnt信号通路在心肌分化中的关键作用，我们发现依次加入Wnt通路促进剂CHIR99021和抑制剂XAV939、KY02111可诱导产生10％左右的心肌细胞。在此基础上，我们继续筛选功能未知的小分子。我们首次发现mTOR信号通路抑制剂—雷帕霉素（Rapamycin）可以显著提升人胚胎干细胞向心肌细胞的分化效率。经过对rapamycin处理时间和浓度等方面的优化，该方法在多种人胚胎干细胞系和诱导干细胞系中分化产生纯度超过90％以上的心肌细胞（尤其是在本领域最广泛应用的两种人胚胎干细胞系H7和H9中，分别超过98％和93％的分化效率，是目前已知报道中最高的分化效率），并有效的节省了一半的培养液消耗，同时保持非常高的心肌细胞的产出效率(1∶24)。通过qPCR、Western Blot和流式细胞实验，我们发现rapamycin通过激活Wnt、NODAL和BMP4信号通路同时抑制Akt信号通路从而促进干细胞向中胚层转化，其中首次明确的证实mTOR在分化过程中直接调控wnt信号通路。除此之外，通过对细胞周期、增殖和凋亡等方面的分析，我们发现抑制mTOR活性可以显著降低人胚胎干细胞分化早期细胞凋亡的比例。并且我们证明该凋亡过程是由于葡萄糖缺失等细胞外压力和细胞内活性氧产生过度联合引起p53蛋白过度积累导致的，更关键的是我们发现抑制该凋亡过程可以显著提高心肌分化效率。另外，我们发现rapamycin的抗凋亡作用并不依赖于mTOR抑制引起的自噬激活。最后，我们还证明在心肌分化晚期，mTOR的激活对人胚胎干细胞来源心肌细胞的增殖至关重要。　　结论:我们首次证明mTOR信号通路在人多能干细胞向心肌细胞分化过程中发挥多方面、阶段特异性功能，概括为:在分化早期对促进分化相关信号通路起抑制作用，同时导致干细胞凋亡，然而在分化后期则对新生成心肌细胞的增殖发挥促进作用。该发现促成我们建立了一种全新的高效率、高产量和低消耗的无细胞因子单层诱导方法，并提示rapamycin可作为一种有效的添加剂用于相关工业化生产，同时为进一步研究mTOR在体内心脏发育中的功能提供了指导性方向和理论依据。我们第一次证明rapamycin可以促进Wnt信号通路，揭示mTOR信号通路对Wnt信号通路具有调控作用。我们还发现减少干细胞凋亡可以提高心肌分化效率，这是第一次将凋亡与高效率分化联系在一起。除此之外，我们较为详细的阐释了单层分化过程中的许多细节和机制，为这方面的研究提供了有效的理论补充。