近日，魏珂教授與同濟(jì)大學(xué)東方醫(yī)院再生醫(yī)學(xué)研究所朱鴻明研究員及劉中民教授課題組合作在Protein & Cell期刊上發(fā)表了文章“Single-cell transcriptomics of cardiac progenitors reveals functional subpopulations and their cooperative crosstalk in cardiac repair”，結(jié)合單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組學(xué)、生物信息學(xué)以及體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，揭示了心肌球細(xì)胞內(nèi)部的異質(zhì)性、鑒定出功能特異性亞群并闡述了亞群間的相互作用，并通過(guò)小鼠心梗模型證實(shí)Sca-1+的CDC是促進(jìn)心臟損傷修復(fù)的主要細(xì)胞類(lèi)群。
心血管疾病是人類(lèi)健康的主要?dú)⑹种?。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和生活水平提高，心肌梗死的發(fā)病率逐年上升。盡管介入治療、冠脈搭橋手術(shù)和藥物治療取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但仍有大量心?；颊甙l(fā)展為心力衰竭，因此在梗死心肌的修復(fù)方面，仍亟待新技術(shù)、新策略的研究和應(yīng)用。
心臟內(nèi)源性的祖細(xì)胞(Cardiac Progenitors)是一群源于心肌組織、具有一定分化能力的間質(zhì)細(xì)胞。盡管近年的一些譜系示蹤研究發(fā)現(xiàn)心臟祖細(xì)胞在心肌損傷后并不能直接再生心肌細(xì)胞，但是這些祖細(xì)胞的旁分泌功能以及成血管細(xì)胞分化能力對(duì)于梗死心肌的修復(fù)依然十分重要。因此，如何提高心臟祖細(xì)胞的治療作用依舊是心肌修復(fù)再生領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。
心肌球來(lái)源的細(xì)胞(Cardiosphere-derived cells, CDCs)是源自心房或心室組織的間質(zhì)細(xì)胞，因其可懸浮培養(yǎng)形成3D球狀細(xì)胞團(tuán)而得名。盡管實(shí)驗(yàn)室研究和臨床試驗(yàn)均顯示CDCs對(duì)于梗死心肌具有一定的治療效果，但是目前CDC的分離培養(yǎng)依舊依賴(lài)其自身成球能力，缺乏基于細(xì)胞表面標(biāo)志物的純化環(huán)節(jié)，其內(nèi)部的細(xì)胞異質(zhì)性一直未見(jiàn)報(bào)道。解析CDCs的異質(zhì)性可能揭示細(xì)胞成分和功能之間的關(guān)系，從而為闡明心臟祖細(xì)胞當(dāng)前的爭(zhēng)議提供新穎的見(jiàn)解。
在本文中，魏珂/朱鴻明/劉中民團(tuán)隊(duì)研究者通過(guò)將CDCs進(jìn)行聚類(lèi)分析后得到6個(gè)細(xì)胞亞群，發(fā)現(xiàn)：一個(gè)既往報(bào)道的干細(xì)胞標(biāo)記物Sca-1（Stem cell antigen-1）的表達(dá)可將心肌球細(xì)胞區(qū)分為兩個(gè)較大的亞群Sca-1+ CDCs與Sca-1- CDCs（圖1：A-D）。通過(guò)將Sca-1+ CDCs、Sca-1- CDCs以及內(nèi)皮細(xì)胞進(jìn)行配體受體相互作用分析，發(fā)現(xiàn)了Sca-1+ CDCs主要作為信號(hào)的發(fā)出者，主要是促血管生成信號(hào)作用于Sca-1- CDCs(圖1：E-G)。如Sca-1+ CDCs高表達(dá)的Vegfa可能以旁分泌的方式作用于Sca-1- CDCs表面受體Flt1（圖1：H-I）。并進(jìn)一步對(duì)兩種亞群細(xì)胞的增殖、成管能力等表型進(jìn)行比較，結(jié)合對(duì)特異配體和受體的干預(yù)研究，明確兩亞群細(xì)胞的特性與互作方式。
圖1. scRNA-seq揭示了CDC的主要的亞群及其相互作用。
隨后，研究人員分別將Sca-1- CDCs與Sca-1+ CDCs注射進(jìn)梗死小鼠心肌內(nèi),以比較兩種細(xì)胞在體內(nèi)的治療功能的差異。出乎意料地，僅Sca-1+ CDCs可以顯著性地改善心肌梗死導(dǎo)致的受損心臟功能（圖2：A-C）。與Sca-1- CDCs相比，在Sca-1+ CDCs中顯著性上調(diào)的基因中的大多數(shù)配體均為已有報(bào)道的具有心臟保護(hù)作用的分子，例如Grem1、Cxcl12等。因此推測(cè)Sca-1+ CDCs可能通過(guò)分泌促進(jìn)血管生成相關(guān)因子來(lái)促進(jìn)心臟損傷修復(fù)（圖2：D-E）。
圖2. Sca-1+ CDC對(duì)心肌梗死后心功能的促進(jìn)作用。
綜上，本研究結(jié)果揭示了一個(gè)重要的心臟祖細(xì)胞CDCs的細(xì)胞異質(zhì)性，發(fā)現(xiàn)了功能特異性CDCs亞群及其互作機(jī)制，并證實(shí)Sca-1+的CDC是促進(jìn)心臟損傷修復(fù)的主要細(xì)胞類(lèi)群。本研究從細(xì)胞異質(zhì)性的角度探討影響細(xì)胞移植療效的新因素，或有助于解釋當(dāng)前心臟祖細(xì)胞的爭(zhēng)議性結(jié)果，可能對(duì)優(yōu)化未來(lái)的細(xì)胞移植策略提供理論依據(jù)（圖3）。
本研究的共同第一作者為同濟(jì)大學(xué)醫(yī)學(xué)院博士生高磊和生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院博士生張紅杰。魏珂教授、朱鴻明研究員和劉中民教授為本文的共同通訊作者。該研究得到了科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金委，上海市揚(yáng)帆計(jì)劃，江西省青年科學(xué)基金，同濟(jì)大學(xué)中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)以及教育部細(xì)胞干性與命運(yùn)編輯前沿科學(xué)中心的支持。
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https://link.springer.com/article/10.1007/s13238-020-00788-6