8月15日，國際學術期刊Circulation Research在線發(fā)表了中國科學院分子細胞科學卓越創(chuàng)新中心（生物化學與細胞生物學研究所）周斌研究組聯(lián)合浙江大學附屬兒童醫(yī)院舒強教授團隊的最新研究成果：“Spatio-Temporal Proliferative Heterogeneity of Intra-Organ Endothelial Cells”。研究團隊通過創(chuàng)新的研究方法，系統(tǒng)性地揭示了心臟、肝臟和肺中內(nèi)皮細胞在穩(wěn)態(tài)及損傷狀態(tài)下的增殖異質(zhì)性規(guī)律，闡明了MAPK信號通路在調(diào)控這一空間特異性增殖中的關鍵作用，為器官特異性血管再生治療提供了理論基礎和潛在靶點。

血管是維系組織存活的 “生命通道”，在為機體各類組織精準輸送氧氣與營養(yǎng)物質(zhì)的生理過程中，扮演著不可替代的核心角色。要維持正常的血管數(shù)量和完整性，需通過內(nèi)皮細胞的自我復制持續(xù)產(chǎn)生新的內(nèi)皮細胞。雖然已知不同組織的內(nèi)皮細胞在分子特征和再生能力上存在異質(zhì)性；但同一器官或組織內(nèi)，內(nèi)皮細胞之間的增殖異質(zhì)性程度在很大程度上仍未被探索。這一問題的破解，將進一步深化我們對健康和疾病狀態(tài)下血管調(diào)節(jié)的理解。

為探究內(nèi)皮細胞的增殖異質(zhì)性，研究團隊開發(fā)了內(nèi)皮細胞特異性增殖追蹤系統(tǒng)（EC-ProTracer）。該系統(tǒng)將內(nèi)皮細胞特異性的 Cdh5-DreER 小鼠與基于 Ki67 的 ProTracer 系統(tǒng)結合，通過Tamoxifen誘導，實現(xiàn)了對增殖內(nèi)皮細胞的永久標記。同時，研究團隊結合 RNA 測序、空間轉錄組學和單細胞 RNA 測序等多組學分析方法，深入挖掘這種異質(zhì)性背后的分子機制。此外，研究團隊通過在動物體內(nèi)給予 MAPK 抑制劑，對該通路在調(diào)控內(nèi)皮細胞增殖中的功能開展了系統(tǒng)性評估。另一方面，利用橫向主動脈縮窄（TAC）、心肌梗死（MI）、部分肝切除術（PHx）和肺切除術（PNX）等損傷模型，研究團隊探討了應激誘導的內(nèi)皮細胞增殖情況。

研究結果顯示，內(nèi)皮細胞增殖存在顯著的器官內(nèi)異質(zhì)性。在穩(wěn)態(tài)心臟中，心臟室間隔上部、左心室內(nèi)側壁和心尖區(qū)域的內(nèi)皮細胞增殖顯著高于其他區(qū)域。在 TAC 誘導的損傷下，心臟內(nèi)皮細胞的增殖異質(zhì)性仍然存在，而在急性缺血性損傷（MI）后，內(nèi)皮細胞增殖主要局限于嚴重損傷區(qū)域。多組學分析表明，高增殖區(qū)域的內(nèi)皮細胞富集了與細胞周期、血管生成和 MAPK 等信號通路相關的基因，存在一個分子特征相似的高增殖內(nèi)皮亞群，在生理和病理刺激下均會被激活。

在肝臟中，肝血竇內(nèi)皮細胞（LSECs）的增殖呈現(xiàn)出小葉內(nèi)的空間異質(zhì)性。在穩(wěn)態(tài)下，E-CAD ± 1 區(qū)域的 LSECs 表現(xiàn)出明顯的增殖優(yōu)勢。多組學分析證實，E-CAD ± 1 LSECs 是一個在轉錄和功能上具有獨特性的內(nèi)皮亞群，富集了血管生成、炎癥和增殖相關通路的基因，在肝臟血管穩(wěn)態(tài)和再生中發(fā)揮關鍵作用。在PHx損傷后，肝臟內(nèi)皮細胞的增殖異質(zhì)性仍然存在，E-CAD ± 1 LSECs 在損傷早期就表現(xiàn)出強烈的增殖反應，在血管再生中占主導地位。

在肺中，穩(wěn)態(tài)下肺內(nèi)皮細胞的增殖呈現(xiàn)出亞群異質(zhì)性。PLVAP⁺的gCap比 CAR4⁺的aCap更新更活躍，隨著時間推移，PLVAP⁺內(nèi)皮細胞的增殖不斷增加，而 CAR4⁺內(nèi)皮細胞增殖變化不明顯。單細胞 RNA 測序分析顯示，gCap 細胞富集了與增殖、血管生成相關的通路基因。在PNX損傷后，這種亞群特異性的增殖模式仍然存在，PLVAP⁺內(nèi)皮細胞仍是增殖的主要群體。

進一步研究發(fā)現(xiàn)，MAPK 信號通路在調(diào)節(jié)內(nèi)皮細胞增殖異質(zhì)性中發(fā)揮關鍵作用。體內(nèi) MAPK 抑制劑（U0126）處理實驗表明，MAPK 信號的抑制顯著降低了心臟高增殖區(qū)域、肝臟 E-CAD ± 1 區(qū)域以及肺 PLVAP⁺內(nèi)皮細胞的增殖，削弱了它們的增殖優(yōu)勢，證實了 MAPK 信號通路對器官內(nèi)空間異質(zhì)性的內(nèi)皮細胞增殖具有重要調(diào)節(jié)作用。

該研究揭示了心臟、肝臟和肺中內(nèi)皮細胞存在區(qū)域和亞群特異性的增殖模式，這些模式由不同的基因表達程序驅(qū)動。研究結果突出了微血管內(nèi)皮細胞的空間和功能多樣性，為開發(fā)器官特異性血管再生策略提供了重要框架。未來的研究將進一步闡明這種異質(zhì)性的分子驅(qū)動因素以及內(nèi)皮細胞與其微環(huán)境之間的相互作用，為血管修復開辟新的途徑。

分子細胞卓越中心周斌研究員和浙江大學附屬兒童醫(yī)院舒強教授為該論文的共同通訊作者。分子細胞卓越中心博士后韓茂瑩、浙江大學附屬兒童醫(yī)院博士生劉智聰、上?？萍即髮W博士生劉磊和中國科學院杭州高等研究院博士后康志鑫為該論文的共同第一作者。感謝英國牛津大學Nicola Smart教授，浙江大學醫(yī)學院附屬兒童醫(yī)院兒童心血管外科李學坤教授等對本研究的大力支持。感謝分子細胞卓越中心動物平臺和細胞分析技術平臺對本研究的大力支持。感謝國家自然科學基金、國家重點研發(fā)計劃、中國科學院戰(zhàn)略性先導科技計劃、中國科學院青年科學基金項目、上海市基礎研究試點計劃、上海市科技重大專項、中科院-裘槎聯(lián)合實驗室資助計劃、新基石科學基金和賽諾菲獎學金項目的資助。

不同器官內(nèi)內(nèi)皮細胞在穩(wěn)態(tài)和損傷狀態(tài)下的增殖圖譜

文章鏈接：https://www.ahajournals.org/doi/10.1161/CIRCRESAHA.125.326748