12月21日，國際學術期刊Circulation發表了中國科學院分子細胞科學卓越創新中心（生物化學與細胞生物學研究所）周斌組、上海交通大學新華醫院孫錕教授以及香港中文大學呂愛蘭教授合作的研究成果 Seamless Genetic Recording of Transiently Activated Mesenchymal Gene Expression in Endothelial Cells During Cardiac Fibrosis 。該研究利用遺傳譜系示蹤技術無縫隙記錄心臟內皮細胞中間充質基因的啟用，揭示了胚胎期心內膜內皮細胞向間充質細胞轉變的過程（Endothelial to Mesenchymal Transition, EndoMT），發現在成體心臟損傷後纖維化過程中，大量的肌成纖維細胞不是由內皮細胞透過EndoMT形成，而是來源於成纖維細胞的啟用和轉變形成的，其過程有間充質基因的瞬時表達。
近20年來，關於成體心臟纖維化過程中肌成纖維細胞的來源一直存在爭論，前期代表性研究發現成體心臟纖維化中內皮細胞會透過EndoMT轉分化為間充質細胞（Zeisberg et al., Nature Medicine 2007），形成大量的肌成纖維細胞促進心臟纖維化，成為治療心臟纖維化的一個重要靶點。該結論主要是基於Cre-loxP單同源重組酶的譜系示蹤技術，存在時空解析度較低，並可能有示蹤假陽性的技術問題。此外，目前也沒有技術能研究在成體心臟纖維化中內皮細胞是否會發生可逆的EndoMT，短暫或瞬時地表達間充質細胞的基因，由於缺乏研究手段並不清楚。
基於雙同源重組酶介導的譜系示蹤技術（He et al., Nature Medicine 2017），研究人員建立了無縫隙捕捉間充質基因啟用的技術—EndoMTracer。αSMA是肌成纖維細胞的特徵蛋白，也是指徵間充質細胞最常用的分子標記之一（Tallquist et al., Nat Rev Cardiol 2017），因此研究人員首先檢測內皮細胞中是否會啟用表達αSMA。當對小鼠用他莫昔芬誘導後，透過Cre-loxP重組，內皮細胞會被特異地標記上ZsGreen的熒光蛋白，同時內皮細胞中αSMA-LSL-Dre轉變成αSMA-Dre。在隨後的時間段內，只要內皮細胞短暫或瞬時的啟用αSMA，那麼就會表達出Dre重組酶，併發生Dre-rox重組，將該內皮細胞永久的標記上tdTomato的熒光蛋白。EndoMTracer系統一旦透過他莫昔芬誘導，後續就可以持續地記錄內皮細胞中αSMA的啟用，tdTomato陽性代表著該內皮細胞在檢測時間段內啟用過αSMA。
研究人員首先利用EndoMTracer技術捕捉胚胎期心內膜向間充質細胞轉變的過程。在母鼠懷孕8.5天后用他莫昔芬誘導EndoMTracer系統開啟，並收集17.5天的胚胎心臟樣本進行分析。研究人員在瓣膜處檢測到tdTomato陽性的間充質細胞，但不表達αSMA，說明這些被標記的內皮細胞曾經表達過αSMA，發生EndoMT，並被EndoMTracer技術永久地記錄下來。
接下來，研究人員利用EndoMTracer技術捕捉成體心臟纖維化中EndoMT過程。對成體小鼠用他莫昔芬誘導後，研究人員採用了不同的損傷模型來誘導心臟纖維化過程：主動脈縮窄術和心肌梗死。在這兩種心臟損傷模型的不同時間點，均未檢測到tdTomato陽性的內皮細胞，說明成體心臟內皮細胞在纖維化過程中，不會瞬時啟用間充質細胞的特徵基因αSMA，繼續保持著內皮的特徵。
機體損傷後，成纖維細胞被啟用轉變為肌成纖維細胞，表達αSMA，促進損傷區域的纖維化。研究人員利用相同的策略捕捉成纖維細胞中αSMA的啟用表達。在小鼠心臟損傷後，研究人員檢測到在纖維化明顯的區域出現大量tdTomato陽性的細胞，這些成纖維細胞同時表達αSMA。在損傷後期，成纖維細胞不再表達αSMA，但仍然標記為tdTomato陽性，表明成纖維細胞中短暫表達的間充質基因αSMA被EndoMTracer永久地記錄下來。
研究人員接著採用了另一個間充質的特徵基因Zeb1，捕捉心臟內皮中Zeb1的啟用表達。胚胎期心內膜EndoMT中表達過Zeb1的內皮細胞被EndoMTracer永久地標記為tdTomato陽性。但是，成體心臟損傷纖維化後，研究人員沒有檢測到明顯的tdTomato訊號，說明心臟纖維化過程中，內皮細胞不會瞬時啟用Zeb1的表達。而部分成纖維細胞能短暫表達Zeb1，在心臟纖維化過程中被EndoMTracer永久記錄下來。
圖：研究人員利用EndoMTracer技術揭示了胚胎期心內膜向間充質細胞轉變的過程存在EndoMT，但成體心臟損傷後內皮細胞不會發生EndoMT, 成纖維細胞的啟用和轉變形成了損傷區的大量肌成纖維細胞，會瞬時表達間充質細胞的基因，促進心臟纖維化及病理重塑
綜上，該工作建立了無縫隙捕捉特定基因轉錄啟用的技術，揭示了在早期胚胎心臟發育中內皮細胞向間充質細胞轉變的過程，但成體心臟纖維化中內皮細胞不會發生瞬時EndoMT，也不會形成肌成纖維細胞。心臟中的成纖維細胞在損傷過程中會被啟用，表達間充質基因，並促進損傷區纖維化，提示心臟纖維化的治療靶點應集中在成纖維細胞。
分子細胞卓越中心博士研究生張少華為該論文的第一作者，分子細胞卓越中心周斌研究員、上海交通大學新華醫院孫錕教授以及香港中文大學呂愛蘭教授為該論文共同通訊作者。該工作得到了英國阿斯利康Qing-dong Wang教授，上海交通大學陳豐原教授的大力支援。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援。
本文轉載自中國科學院分子細胞科學卓越創新中心 (生物化學與細胞生物學研究所) 。
原文連結：
https://www.ahajournals.org/doi/10.1161/CIRCULATIONAHA.121.055417
製版人：十一
