12月26日，中國科學(xué)院分子細胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心（生物化學(xué)與細胞生物學(xué)研究所）周斌研究組、高棟研究組以及浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院張力研究組合作在國際學(xué)術(shù)期刊Cell Stem Cell 在線發(fā)表題為 “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)血管外側(cè)基質(zhì)層中的Sca1⁺細胞在血管嚴重損傷的情況下，可以轉(zhuǎn)分化血管平滑肌細胞。進一步利用雙同源重組譜系示蹤系統(tǒng)，證明是Sca1⁺PDGFRa⁺ 亞群細胞具有轉(zhuǎn)分化潛能，并闡明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)。

 

        目前心血管疾病的患病率和死亡率一直為各類疾病之首，以動脈粥樣硬化為基礎(chǔ)的心血管疾病已經(jīng)嚴重危害人類生命健康。血管結(jié)構(gòu)和功能的改變會引起血管壁彈性下降、管腔狹窄等病理改變，引發(fā)冠心病、高血壓等心血管疾病。血管平滑肌細胞是構(gòu)成血管壁組織及維持血管張力的主要細胞成分，其結(jié)構(gòu)和功能的改變會影響血管的正常功能。因此，對血管平滑肌細胞的深入研究將為心血管疾病的預(yù)防和靶向治療提供重要的理論基礎(chǔ)。

 

        正常情況下，血管平滑肌細胞保持著一定的增殖和更新速率，從而能夠維持血管的生理功能。根據(jù)以往的報道，成體情況下，血管平滑肌細胞有多種來源，主要包括定居的平滑肌細胞自身增殖，循環(huán)中造血干細胞和血管外側(cè)基質(zhì)層干細胞的轉(zhuǎn)分化。相關(guān)報道中，Sca1⁺細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，增殖的平滑肌細胞主要來源于血管定居的平滑肌細胞。因此，是否存在Sca1⁺血管平滑肌干細胞以及它在血管損傷重塑中的作用有待進一步研究。

 

        在本項研究中，研究人員將獲得的小鼠股動脈細胞利用10x genomics進行單細胞轉(zhuǎn)錄組測序，分析發(fā)現(xiàn)Sca1主要表達在血管的內(nèi)皮細胞，血管外基質(zhì)細胞、脂肪細胞等。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主要標記血管中的部分內(nèi)皮細胞，血管外側(cè)的PDGFRa和PDGFRb基質(zhì)細胞以及少量的脂肪細胞，不標記血管平滑肌細胞。正常的穩(wěn)態(tài)情況下，Sca1⁺細胞不會轉(zhuǎn)分化為平滑肌細胞。為了研究血管疾病模型下Sca1⁺細胞分化為平滑肌細胞的潛能，研究人員構(gòu)建了股動脈導(dǎo)絲拉傷模型，發(fā)現(xiàn)在這種損傷情況下Sca1⁺細胞也不能轉(zhuǎn)分化為平滑肌細胞。

 

        研究人員隨后構(gòu)建了血管損傷再吻合模型，該種模型會引起血管平滑肌細胞的大面積死亡，使股動脈發(fā)生嚴重損傷。在股動脈發(fā)生嚴重損傷模型中，損傷后5周檢測到Sca1⁺細胞轉(zhuǎn)分化為成熟的（SMA⁺SM22⁺SM-MHC⁺CNN1⁺）平滑肌細胞。由于血管中的Sca1標記了多種細胞，為進一步確認哪一亞型的Sca1⁺細胞可以轉(zhuǎn)分化為平滑肌細胞，研究人員利用Cdh5-CreER, Fabp4-Cre以及CD45-Dre示蹤小鼠，發(fā)現(xiàn)在嚴重損傷情況下內(nèi)皮細胞、脂肪細胞以及炎癥細胞并不能轉(zhuǎn)分化為平滑肌細胞。而Sca1⁺的基質(zhì)細胞主要包括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胞，實驗發(fā)現(xiàn)在嚴重血管損傷模型中，Sca1⁺PDGFRa⁺細胞可以轉(zhuǎn)分化為平滑肌細胞。研究人員收集12-24周的嚴重血管損傷樣本，發(fā)現(xiàn)Sca1⁺血管干細胞轉(zhuǎn)分化而來的平滑肌細胞具有更強的增殖能力；同時利用DTR系統(tǒng)去除Sca1⁺細胞或者敲除Sca1⁺細胞內(nèi)的YAP都會減少分化的平滑肌細胞。

 

        該研究揭示了Sca1⁺血管干細胞在血管穩(wěn)態(tài)和疾病狀態(tài)下轉(zhuǎn)分化為平滑肌細胞的潛能，明確了Sca1⁺轉(zhuǎn)分化的血管平滑肌在血管損傷重塑中的作用，為臨床應(yīng)用提供了重要的理論基礎(chǔ)。

 

        該項工作在周斌研究員、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、天津醫(yī)科大學(xué)余鷹教授、西班牙馬德里卡洛斯三世國家研究中心Jacob Fog Bentzon教授以及上海科技大學(xué)張輝研究員等的大力支持。該工作得到中國科學(xué)院、基金委、科技部、上海市科委等經(jīng)費支持。

 

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