[背景]由KCNJ2基因突变引起的长QT综合征7型Andersen-Tawil综合征（Andersen-Tawil syndrome,ATS）常导致室性心律失常,周期性麻痹和骨骼发育畸形临床三联征。既往研究发现全基因敲除的动物出现发育畸形,且不能长期存活。已有研究证实该基因突变影响了颅面部发育时的膜电位电压变化,进而影响重要的颅面相关基因表达导致ATS患者颅面部发育畸形。因此证明该致病基因会影响正常器官发育。心肌细胞的发育分化及电生理成熟对心脏功能至关重要,其改变可能促进ATS疾病的病理生理。尽管人们初步了解ATS心肌QT间期延长的原因与内向整流钾通道相关,但KCNJ2基因对心肌细胞正常的发育分化影响知之甚少。[目的]本研究拟建立可特异性复现ATS疾病表型的人类心肌细胞模型,更好的了解KCNJ2基因对心肌细胞发育分化的致病调节机制,探索潜在的转录因子和相关靶基因。[方法]利用ATS患者的外周血重编程为诱导多能干细胞（induced pluripotent stem cells,iPSC）,并同时和进行了 Crispr修复突变位点的修复CRISPR组iPSC一起定向分化为心肌细胞（induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes,iPSC-CM）。iPSC经过形态学、核型分析、畸胎瘤实验、流式检测、免疫共聚焦染色及qPCR实验来鉴定。iPSC-CM经过形态学自主搏动记录、免疫共聚焦染色及膜片钳动作电位和Kir2.1通道电流变化来鉴定。根据发育分化经典的不同阶段进行基因及染色质开放性检测。使用加权基因共表达网络分析（weighted gene co-expression network analysis,WGCNA）对发育分化特定阶段的共表达基因群进行模块分类及权重评分,并将权重排名前100位的基因与人类转录因子JASPAR数据库进行比对获得潜在调控的转录因子,并利用同步检测的ATAC-seq染色质开放性表观遗传学数据来验证这些特定阶段潜在转录因子。最后通过新收集最接近临床表型的两组成熟心肌细胞,联合转录组和蛋白组数据,使用单样本基因集富集分析（single-sample gene set enrichment analysis,ssGSEA）从通路角度整体进行联合分析,评估钾离子相关通路调控状态,同时也能在转录和蛋白水平关联分析中找出关键靶基因,并进行验证,以获得可能受到转录因子调控的疾病相关的关键靶基因。[结果]成功建立了稳定传代,均一的突变与修复组的诱导多能干细胞系,既保留了患者特异性的遗传信息,同时也具有可诱导定向分化的干细胞特性。并且成功分化了突变组与修复组的心肌细胞,可自主规律搏动,分化率>90%,突变组搏动率明显低于修复组,心肌特异性标志物（TNNT2和NKX2.5）均阳性。突变组的动作电位时程延长,内向整流钾离子通道Kir2.1电流呈现负向效应特征,与患者临床表型一致;修复组与健康对照组的电生理特征无明显差异。WCGNA分析结果显示一致性发育分化相关的染色质开放可及性增高的转录因子有5个:中胚层（Day2,MIXL1）;心脏中胚层前体细胞（Day4,GBX1）;早期搏动心肌（Day8,DLX5）;电生理成熟心肌（Day15,HOXB4）;晚期心肌（Day30,ZEB1）。致病性相关的转录因子仅有ZNF528,从心脏中胚层前体细胞阶段（Day4）开始开放调控,并在突变组持续低表达。上述转录因子均获得了 ATAC-seq数据的验证。随后在新收集的晚期心肌细胞中同步检测转录组和蛋白组,使用ssGSEA在基因和蛋白层面同时评估钾离子通道相关通路的整体调控状态,结果显示突变组与修复组有7条差异钾离子通道相关通路富集分数显著降低（P均<0.05）。含突变基因KCNJ2参与的3条钾离子相关通路与内向整流钾通道的钾离子进入细胞内发挥作用的全程相关,从电压门控钾通道复合体感应（GO:0008076）,随后钾离子跨膜进入到细胞内（GO:1990573）,最后到维持细胞内钾离子稳态（GO:0030007）的通路均受到抑制。另外同时受到影响的4条通路与调控钾离子跨膜途径和钠:钾交换ATP酶相关（P均<0.05）。这些下调的钾离子通道相关通路差异基因共有19个,差异蛋白有4个,关联交集分析获得趋势一致的差异低表达的基因蛋白有3个（KCNJ2、CTTN和ATP1B1）,即可能是潜在被转录因子ZNF528开放性降低所下调显著的关键靶蛋白。[结论]建立了特异性复现ATS疾病表型的人类心肌细胞模型可为探索疾病机制或药物治疗提供可靠的平台。验证了 ATS早期心肌发育分化不同阶段的转录因子（MIXL1、GBX1、DLX5、HOXB4和ZEB1）,以及致病性相关的潜在转录因子ZNF528。成熟的心肌细胞中钾离子内流全程和能量消耗相关通路受到明显抑制,受到突变KCNJ2基因的直接或间接影响,关联分析获得转录因子ZNF528潜在调节下调显著的3个关键靶蛋白（KCNJ2,CTTN和ATP1B1）。转录因子及关键靶蛋白的低表达可能导致或加重ATS患者心肌发育功能和电生理成熟的异常。今后有望通过干预关键调节转录因子,以达到调节靶基因的作用,从而改善ATS患者心肌电生理紊乱的症状,为治疗罕见病提供新的思路。