12月3日，國際學(xué)術(shù)期刊Cell Discovery在線發(fā)表了中國科學(xué)院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心（生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所）周斌研究組與上海新華醫(yī)院孫錕研究組合作研究成果“Genetic Recording of Transient Endothelial Activation in Distinct Alveolar Capillary Cells during Pulmonary Fibrosis”。該工作利用雙同源重組酶的遺傳策略，記錄到在肺動(dòng)脈高壓疾病中血管內(nèi)皮細(xì)胞會(huì)瞬時(shí)激活間充質(zhì)基因aSMA（alpha-smooth muscle actin), 且該現(xiàn)象特異性地出現(xiàn)在肺泡特定的Plvap⁺的血管內(nèi)皮細(xì)胞中，并結(jié)合RNA-seq闡釋了該類血管內(nèi)皮細(xì)胞發(fā)生瞬時(shí)激活的意義。該工作為了解肺動(dòng)脈高壓和肺纖維化中的細(xì)胞命運(yùn)及其響應(yīng)提供了研究基礎(chǔ)。

心臟與肺臟是兩個(gè)高度關(guān)聯(lián)的器官，心臟功能異常會(huì)影響肺臟，反之亦然。其中，肺動(dòng)脈高壓就是一種致死率較高的疾病，該病發(fā)展到末期會(huì)導(dǎo)致右心衰竭，且目前沒有很好的治療手段。在該項(xiàng)工作中，研究人員采用心臟主動(dòng)脈弓縮窄模型引發(fā)肺動(dòng)脈高壓和退行性肺纖維化，模擬了臨床上左心疾病引起的肺動(dòng)脈高壓和肺纖維化。其基本原理是，主動(dòng)脈弓縮窄引起左心室壓力增大和左心室肥厚，隨后引起左心房和肺動(dòng)脈和肺靜脈壓力增大，引起肺動(dòng)脈高壓，同時(shí)引起肺纖維化、白細(xì)胞浸潤和血管重塑。肺循環(huán)路徑中持續(xù)升高的壓力最終會(huì)增加右心室的負(fù)荷導(dǎo)致右心衰竭。

內(nèi)皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)變（Endothelial-to-mesenchymal Transition，EndoMT）在胚胎發(fā)育過程中扮演著重要角色，但是EndoMT在成體器官纖維化中的作用仍存在很大的爭議。例如，此前有研究證明在成體心臟纖維化過程中會(huì)發(fā)生EndoMT，即內(nèi)皮細(xì)胞會(huì)轉(zhuǎn)分化為成纖維細(xì)胞促進(jìn)纖維化，也因此EndoMT可以作為治療心臟纖維化的靶點(diǎn)。但后續(xù)的一系列遺傳示蹤研究又證明，成體心臟纖維化過程中不會(huì)發(fā)生EndoMT，這個(gè)過程只存在心臟發(fā)育過程中。

為了探究在肺動(dòng)脈高壓和肺纖維化模型下EndoMT是否會(huì)發(fā)生，同時(shí)為了更精確地捕捉這一事件，研究人員采用了雙同源重組酶報(bào)告系統(tǒng)（Cdh5-CreER;aSMA-LSL-Dre;NR1，即aSMA-EndoMTracer）。該策略的作用原理是：內(nèi)皮特異性的Cdh5-CreER在他莫昔芬的誘導(dǎo)作用下與aSMA-LSL-Dre發(fā)生Cre-loxp同源重組使其變?yōu)?/span>aSMA-Dre，同時(shí)與NR1重組使內(nèi)皮細(xì)胞被標(biāo)記為ZsGreen陽性。若在內(nèi)皮細(xì)胞中發(fā)生aSMA的激活表達(dá)，即使是短暫的表達(dá)，也會(huì)驅(qū)動(dòng)Dre表達(dá)出來與NR1發(fā)生Dre-rox重組，使該細(xì)胞由ZsGreen陽性轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>tdT陽性。實(shí)驗(yàn)中該遺傳策略排除了Cre對rox位點(diǎn)發(fā)生交叉識別的可能性。因此，該遺傳策略可以特異性地在內(nèi)皮細(xì)胞中無縫隙地捕捉aSMA的激活。在小鼠進(jìn)行心臟主動(dòng)脈弓縮窄手術(shù)10w后，肺臟會(huì)出現(xiàn)慢性纖維化的現(xiàn)象。對aSMA-EndoMTracer小鼠進(jìn)行手術(shù)，研究人員發(fā)現(xiàn)在不同的肺葉上均出現(xiàn)了tdT⁺ CDH5⁺的內(nèi)皮細(xì)胞，說明在損傷過程中內(nèi)皮細(xì)胞發(fā)生過aSMA的激活，但最終仍然維持了內(nèi)皮細(xì)胞的命運(yùn)。盡管在沒有進(jìn)行手術(shù)的小鼠（Sham）的肺中也檢測到了很少量的tdT⁺ CDH5⁺的信號，但是手術(shù)后小鼠肺中tdT⁺ CDH5⁺的信號顯著增加，同時(shí)在肺纖維化損傷越嚴(yán)重的區(qū)域，tdT⁺細(xì)胞的信號越密集。此外，研究人員也利用Col1a2-CreER;aSMA-LSL-Dre;NR1證明在主動(dòng)脈弓縮窄誘導(dǎo)肺纖維化損傷過程中，肺泡區(qū)域大量的成纖維細(xì)胞會(huì)激活aSMA (PDGFRa⁺ tdT⁺)，并有一部分tdT⁺的細(xì)胞會(huì)維持aSMA的表達(dá)，說明有一部分成纖維細(xì)胞會(huì)轉(zhuǎn)分化為肌成纖維細(xì)胞促進(jìn)組織纖維化。

近來有研究表明小鼠肺臟中毛細(xì)血管的內(nèi)皮細(xì)胞具有異質(zhì)性，分為兩個(gè)不同的亞群：gCap（Plvap⁺）和aCap（Car4⁺），兩群內(nèi)皮細(xì)胞具有不同的功能。免疫熒光染色結(jié)果表明發(fā)生過aSMA瞬時(shí)激活的tdT⁺的內(nèi)皮細(xì)胞幾乎都是Plvap⁺的。為了探究這群Plvap⁺的內(nèi)皮細(xì)胞發(fā)生瞬時(shí)激活的意義，研究人員分選了ZsGreen⁺和tdT⁺的內(nèi)皮細(xì)胞進(jìn)行RNA-seq，測序結(jié)果表明tdT⁺的細(xì)胞相比于ZsGreen⁺的細(xì)胞上調(diào)的信號通路可能會(huì)破壞血管完整性的維持、促進(jìn)細(xì)胞外基質(zhì)的重塑。

綜上，以上研究證明了在左心疾病誘導(dǎo)的肺動(dòng)脈高壓和肺纖維化過程中，內(nèi)皮細(xì)胞會(huì)應(yīng)答損傷，發(fā)生短暫的間充質(zhì)基因的激活，這種短暫激活可能會(huì)影響細(xì)胞外基質(zhì)、血管完整性及內(nèi)皮細(xì)胞與其他細(xì)胞之間的相互作用。

分子細(xì)胞卓越中心博士研究生李洪鑫和張少華博士為該論文共同第一作者。分子細(xì)胞卓越中心周斌研究員和上海新華醫(yī)院孫錕教授為該論文共同通訊作者。該研究得到分子細(xì)胞卓越中心動(dòng)物實(shí)驗(yàn)技術(shù)平臺(tái)和細(xì)胞分析技術(shù)平臺(tái)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、新基石科學(xué)基金會(huì)等支持。

文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41421-024-00745-1

肺纖維化中特定內(nèi)皮細(xì)胞EndoMT激活