Cell Stem Cell-南模生物助力發(fā)現(xiàn)血管平滑肌干細(xì)胞參與血管修復(fù)再生

現(xiàn)代社會心血管疾病的患病率和死亡率一直為各類疾病之首，以動脈粥樣硬化為代表的血管性疾病嚴(yán)重危害著人類生命健康。

 

血管平滑肌細(xì)胞是構(gòu)成血管壁組織及維持血管張力的主要細(xì)胞成分，其結(jié)構(gòu)和功能的改變會影響血管的基本功能，是引起多種心血管疾病的病理學(xué)基礎(chǔ)。因此，對血管平滑肌細(xì)胞的深入研究將為血管疾病的預(yù)防和靶向治療提供重要的理論基礎(chǔ)。

 

 

據(jù)相關(guān)報道，Sca1⁺細(xì)胞在特定的血管疾病模型如動脈粥樣硬化斑塊中可以轉(zhuǎn)分化成平滑肌細(xì)胞，但缺乏體內(nèi)直接實驗證據(jù)。同時，相關(guān)報道闡明在股動脈損傷中，增殖的平滑肌細(xì)胞主要來源于血管定居的平滑肌細(xì)胞。因此，成體哺乳動物體內(nèi)是否存在Sca1⁺血管平滑肌干細(xì)胞以及它在血管損傷重塑中的作用有待進(jìn)一步研究驗證。

 

2019年12月26日，中國科學(xué)院生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所周斌研究組、高棟研究組以及浙江大學(xué)張力研究組合作在 Cell Stem Cell 在線發(fā)表了題為 Arterial Sca1⁺ vascular stem cells generate de novo smooth muscle for artery repair and regeneration 的研究成果。

 

 

該研究利用譜系示蹤系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)成體血管外側(cè)基質(zhì)層中的Sca1+細(xì)胞在血管嚴(yán)重?fù)p傷的情況下，可以轉(zhuǎn)分化血管平滑肌細(xì)胞。進(jìn)一步利用雙同源重組系統(tǒng)，證明是Sca1+PDGFRa+細(xì)胞具有轉(zhuǎn)分化潛能，同時闡明YAP基因在轉(zhuǎn)分化中起到了重要的作用，為血管損傷重塑研究提供了新的研究方向及理論基礎(chǔ)。

 

研究中所用小鼠模型：Sca1-CreER;PDGFRa-DreER;R26-RSR-LSL-tdTomato;PDGFRb-LSL-Dre等由南模生物提供。

 

在本項研究中，研究人員首先將獲得的小鼠股動脈細(xì)胞利用10x genomic進(jìn)行單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測序，分析發(fā)現(xiàn)Sca1主要表達(dá)在血管的內(nèi)皮細(xì)胞，血管外基質(zhì)細(xì)胞、脂肪細(xì)胞等。

 

利用Sca1-CreER譜系示蹤系統(tǒng)，通過免疫熒光染色和流式分析同樣發(fā)現(xiàn)在股動脈中，Sca1主要標(biāo)記血管中的部分內(nèi)皮細(xì)胞，血管外側(cè)的PDGFRa和PDGFRb基質(zhì)細(xì)胞以及少量的脂肪細(xì)胞，不標(biāo)記血管平滑肌細(xì)胞。正常的成體穩(wěn)態(tài)情況下，Sca1⁺細(xì)胞不會轉(zhuǎn)分化為平滑肌細(xì)胞。

 

為了研究血管疾病模型下Sca1⁺細(xì)胞分化為平滑肌細(xì)胞的潛能，研究人員構(gòu)建了股動脈導(dǎo)絲拉傷模型，利用Sca1-CreER譜系示蹤系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)在這種損傷情況下Sca1+細(xì)胞也不能轉(zhuǎn)分化為平滑肌細(xì)胞。

 

接著，研究人員構(gòu)建了血管損傷再吻合模型，該種模型可以引起血管平滑肌的大面積死亡，從而導(dǎo)致股動脈發(fā)生嚴(yán)重?fù)p傷。在股動脈發(fā)生嚴(yán)重?fù)p傷模型中，利用Sca1-CreER譜系示蹤系統(tǒng)在損傷后5周可以檢測到Sca1⁺細(xì)胞轉(zhuǎn)分化為成熟的（SMA⁺SM22⁺SM-MHC⁺CNN1⁺）平滑肌細(xì)胞。

 

由于血管中的Sca1標(biāo)記了多種細(xì)胞，為了研究哪一亞型的Sca1⁺細(xì)胞可以轉(zhuǎn)分化為平滑肌細(xì)胞，科研人員利用Cdh5-CreER, Fabp4-Cre以及CD45-Dre示蹤小鼠，發(fā)現(xiàn)在股動脈嚴(yán)重?fù)p傷情況下內(nèi)皮細(xì)胞，脂肪細(xì)胞以及炎癥細(xì)胞并不能轉(zhuǎn)分化為平滑肌細(xì)胞。

 

由于Sca1⁺的基質(zhì)細(xì)胞主要包括PDGFRa⁺和PDGFRb⁺兩群，因此構(gòu)建了Sca1-CreER;PDGFRa-DreER;R26-RSR-LSL-tdTomato 和Sca1-CreER;PDGFRb-LSL-Dre;R26-RSR-tdTomato雙同源重組系統(tǒng)分別譜系示蹤這兩群細(xì)胞，實驗發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重血管損傷模型中是Sca1⁺PDGFRa⁺細(xì)胞可以轉(zhuǎn)分化為平滑肌細(xì)胞。收集12-24周的嚴(yán)重血管損傷樣本，發(fā)現(xiàn)Sca1⁺血管干細(xì)胞轉(zhuǎn)分化而來的平滑肌干細(xì)胞具有更強(qiáng)的增殖能力。最后，利用DTR系統(tǒng)去除Sca1⁺細(xì)胞或者敲除Sca1+細(xì)胞內(nèi)的YAP都會減少分化的平滑肌細(xì)胞。

 

位于血管外膜的Sca1⁺PDGFRa⁺細(xì)胞在動脈嚴(yán)重?fù)p傷后分化為平滑肌細(xì)胞，并大量增殖，參與血管修復(fù)與再生。

 

該研究揭示了Sca1+血管干細(xì)胞在血管穩(wěn)態(tài)和疾病狀態(tài)下轉(zhuǎn)分化為平滑肌的潛能，明確了Sca1+血管平滑肌在血管損傷重塑中的作用，為相關(guān)血管疾病的病理藥理學(xué)研究與潛在臨床治療靶點(diǎn)提供了重要的理論基礎(chǔ)。

 

據(jù)悉，該項工作在中國科學(xué)院周斌研究員、高棟研究員以及浙江大學(xué)張力教授共同指導(dǎo)下，由周斌組副研究員唐娟，博士生王海瀟，研究助理黃秀珍和高棟組李飛博士等共同完成，并得到暨南大學(xué)田雪瑩教授、中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院聶宇教授、南京醫(yī)科大學(xué)季勇教授以及天津醫(yī)科大學(xué)余鷹教授等的大力支持。