周斌组合作揭示心包腔巨噬细胞在心脏炎症及修复中的细胞命运及功能

2022-05-06 08:53:40 来源：今日健康网作者：分享：

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　　　　4月20日，国际学术期刊Circulation Research在线发表了中国科学院分子细胞科学卓越创新中心周斌研究组、上海胸科医院何奔研究组和南方医科大学附属奉贤医院乔增勇研究组合作的研究成果“Genetic Lineage Tracing of Pericardial Cavity Macrophages in the Injured Heart ”

　　4月20日，国际学术期刊Circulation Research在线发表了中国科学院分子细胞科学卓越创新中心周斌研究组、上海胸科医院何奔研究组和南方医科大学附属奉贤医院乔增勇研究组合作的研究成果“Genetic Lineage Tracing of Pericardial Cavity Macrophages in the Injured Heart ”。该研究利用前期建立的双同源重组酶介导的遗传谱系示踪新技术，在小鼠体内高效率、特异性地标记心包腔巨噬细胞，发现在心脏受损后，心包腔巨噬细胞会立刻聚集在损伤表面，参与心外膜损伤后反应和炎症过程，但不会渗透进入心肌层参与心肌层修复。该研究利用新的遗传工具重新评估了心包腔巨噬细胞的功能，为深入清晰认识心包腔巨噬细胞的功能提供了强有力的遗传学工具。

　　心血管疾病一直是全球重要的死亡原因。在当今社会，其高发病率和高致死率成为威胁人类健康和生命的主要原因。大多数器官在细胞水平上都有一定程度的自我修复能力，但是由于成体心肌细胞自我增殖较低，同时不存在内源性心肌干细胞，导致心脏的自我修复能力非常有限。心肌缺血造成的心肌细胞大量死亡最终会导致心脏严重受损，心力衰竭直至死亡。尽管目前在认识和治疗急性心肌梗死方面取得了重大进展，但其死亡率仍居高不下。因此找到新的治疗靶点，创建新的疗法显得尤为迫切和重要。近年来大量研究表明巨噬细胞成为心肌损伤修复再生的关键，包括单核细胞分化形成的巨噬细胞和心脏驻留型巨噬细胞。

　　近期，Paul Kubes研究组发现位于心包腔中的Gata6⁺巨噬细胞在小鼠结构性心脏重塑和心肌梗死（MI, Myocardial infarction）修复中发挥重要作用。在他们的研究中，通过改良小鼠冠状动脉结扎模型，在维持心包膜腔完整的情况下，发现Gata6⁺心包腔巨噬细胞经心外膜进入心肌中，丢失GATA6表达，但持续发挥抗纤维化功能。利用Lyz2-Cre条件性敲除Gata6会造成这群巨噬细胞缺失，导致MI后心脏纤维化加重，心功能下降。他们的研究证明心包腔中Gata6+巨噬细胞促进心脏损伤修复，可以作为心脏免疫治疗的一个潜在靶点。但是在这些研究中，研究人员主要是利用Gata6^H2B-Venus, Lyz2-Cre等工具小鼠结合骨髓移植实验标记示踪心包腔巨噬细胞，无法做到原位特异性的标记心包腔中的Gata6⁺巨噬细胞。由于单基因示踪系统的局限性和不特异性，之前的研究结果缺乏令人信服的遗传学证据。这就造成心包腔巨噬细胞是否具有促进心脏损伤修复的能力存在巨大的科学争议，需要建立新的特异性遗传示踪工具进行阐明。

　　周斌组研究人员首先通过流式分析和细胞爬片免疫荧光实验证明前期建立的双同源重组酶介导的遗传谱系新技术（CD45-Dre;Gata6-iCreER;R26-tdTomato工具小鼠）可以高效特异地标记心包腔巨噬细胞。基于此，在对CD45-Dre;Gata6-iCreER;R26-tdTomato小鼠给予他莫昔芬诱导标记Gata6⁺巨噬细胞，静置一周后进行心包膜完整的心肌梗死损伤模型，7天后收样检测。免疫荧光染色和流式实验结果表明tdTomato阳性的细胞聚集在损伤区域的表面，并伴有增厚的心外膜间皮层，响应该处的炎症反应。但是在心脏心肌层中几乎没有发现tdTomato阳性的细胞。体内遗传学证据表明在心包膜完整的心梗模型中tdTomato阳性的心包腔巨噬细胞虽然能响应炎症反应聚集在损伤心脏心外膜层，但很少能进入心脏内部。

　　为了进一步阐明心包腔巨噬细胞的功能，研究人员构建了白喉毒素介导的心包腔巨噬细胞清除小鼠CD45-Dre;Gata6-iCreER;R26-tdTomato/iDTR和Gata6条件性敲除小鼠CD45-Dre;Gata6-iCreER/flox;R26-tdTomato。在对CD45-Dre;Gata6-iCreER;R26-tdTomato/iDTR小鼠他莫昔芬诱导后注射白喉毒素，可以特异性清除GATA6⁺心包腔巨噬细胞。GATA6对心包腔巨噬细胞存活、增殖及功能至关重要。对CD45-Dre;Gata6-iCreER/flox;R26-tdTomato小鼠他莫昔芬处理敲除Gata6可以导致心包腔巨噬细胞大量减少。实验结果表明无论是清除绝大部分GATA6+巨噬细胞还是条件性敲除Gata6，小鼠心梗后28天心功能（EF、FS和PV-loop）和对照组相比无明显差异。同样的，纤维化面积等也没有显著性差异。这说明心包腔巨噬细胞对心脏损伤后的心肌组织修复再生没有显著性影响。

　　此外为了排除实验模型产生的差异，研究人员还构建了骨髓移植模型进一步阐明心包腔巨噬细胞在心脏损伤中的功能。通过将CD45-Dre;Gata6-iCreER;;R26-tdTomato小鼠的骨髓细胞移植到辐照后的受体C57BL/6J小鼠中构建CD45-Dre;Gata6-iCreER;R26-tdTomato:C57BL/6J嵌合体小鼠。流式和免疫荧光染色实验表明在移植8周后给予他莫昔芬诱导，受体小鼠心包腔巨噬细胞重组效率高达50%，同时不会标记心脏驻留型巨噬细胞。随后给予嵌合体小鼠同样的心包膜完整的心梗损伤，7天后免疫荧光染色和流式结果再一次证明，被标记的心包腔巨噬细胞不会迁移进心肌细胞，而只是大量的聚集在增厚的心外膜间皮层响应炎症反应。

　　综上，研究人员利用建立的双同源重组酶介导的谱系示踪新技术可以特异性标记心脏巨噬细胞亚群-心包腔巨噬细胞。该系统突破了传统的思维模式和技术局限性，不依赖于体外移植实验，可以在小鼠体内直接遗传标记心包腔巨噬细胞来研究其细胞迁移与功能。该研究与此前发现的GATA6⁺巨噬细胞作用不同，精准揭示了在心包膜完整的心脏损伤模型中，心包腔巨噬细胞聚集在损伤出参与心外膜的炎症反应，但不迁移进入心肌层参与心脏修复与再生。不同于以往的技术手段和方法，新构建的遗传谱系示踪技术可以深入精准的标记心包腔巨噬细胞，在小鼠体内得到更为精确的实验结果。该研究为心包腔巨噬细胞研究领域提供了重要的遗传工具，对探索心包腔巨噬细胞在心脏炎症和修复中的作用提供了更可靠的技术手段，为心脏病患者提供新的治疗靶点。

　　中国科学院分子细胞科学卓越创新中心周斌研究组博士后金恒薇和中国科学院杭州高等研究院博士后刘扩为该论文共同第一作者，分子细胞卓越中心周斌研究员、上海胸科医院何奔教授和南方医科大学附属奉贤医院乔增勇教授为该论文共同通讯作者。该研究得到了中国科学院分子细胞科学卓越创新中心动物平台和细胞平台、国家蛋白质中心（上海）的大力支持，并得到来自中科院、基金委、科技部、上海市科委等部门的经费支持。

　　文章链接：https://www.ahajournals.org/doi/abs/10.1161/CIRCRESAHA.122.320567

　　游离于心包腔中的巨噬细胞在心脏受到损伤的情况下会响应炎症反应大量聚集在增厚的心外膜间皮层，但不能渗透进入心肌层参与损伤修复。