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重危害著人類生命健康。

 

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，成體哺乳動物體內(nèi)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驗證。

 

2019年12月26日，中國科學(xué)院生物化學(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)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系統(tǒng)，證明是Sca1+PDGFRa+細胞具有轉(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胞利用10x genomic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。正常的成體穩(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，利用Sca1-CreER譜系示蹤系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)在這種損傷情況下Sca1+細胞也不能轉(zhuǎn)分化為平滑肌細胞。

 

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)生嚴重損傷。在股動脈發(fā)生嚴重損傷模型中，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，為了研究哪一亞型的Sca1⁺細胞可以轉(zhuǎn)分化為平滑肌細胞，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。

 

由于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)嚴重血管損傷模型中是Sca1⁺PDGFRa⁺細胞可以轉(zhuǎn)分化為平滑肌細胞。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)分化而來的平滑肌干細胞具有更強的增殖能力。最后，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。

 

位于血管外膜的Sca1⁺PDGFRa⁺細胞在動脈嚴重損傷后分化為平滑肌細胞，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。