近日，魏珂教授與同濟大學東方醫(yī)院再生醫(yī)學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)合單細胞轉(zhuǎn)錄組學、生物信息學以及體內(nèi)外實驗驗證，揭示了心肌球細胞內(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，并通過小鼠心梗模型證實Sca-1+的CDC是促進心臟損傷修復的主要細胞類群。
心血管疾病是人類健康的主要殺手之一。隨著我國經(jīng)濟增長和生活水平提高，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足的進步，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方面，仍亟待新技術(shù)、新策略的研究和應用。
心臟內(nèi)源性的祖細胞(Cardiac Progenitors)是一群源于心肌組織、具有一定分化能力的間質(zhì)細胞。盡管近年的一些譜系示蹤研究發(fā)現(xiàn)心臟祖細胞在心肌損傷后并不能直接再生心肌細胞，但是這些祖細胞的旁分泌功能以及成血管細胞分化能力對于梗死心肌的修復依然十分重要。因此，如何提高心臟祖細胞的治療作用依舊是心肌修復再生領(lǐng)域的研究熱點。
心肌球來源的細胞(Cardiosphere-derived cells, CDCs)是源自心房或心室組織的間質(zhì)細胞，因其可懸浮培養(yǎng)形成3D球狀細胞團而得名。盡管實驗室研究和臨床試驗均顯示CDCs對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)依舊依賴其自身成球能力，缺乏基于細胞表面標志物的純化環(huán)節(jié)，其內(nèi)部的細胞異質(zhì)性一直未見報道。解析CDCs的異質(zhì)性可能揭示細胞成分和功能之間的關(guān)系，從而為闡明心臟祖細胞當前的爭議提供新穎的見解。
在本文中，魏珂/朱鴻明/劉中民團隊研究者通過將CDCs進行聚類分析后得到6個細胞亞群，發(fā)現(xiàn)：一個既往報道的干細胞標記物Sca-1（Stem cell antigen-1）的表達可將心肌球細胞區(qū)分為兩個較大的亞群Sca-1+ CDCs與Sca-1- CDCs（圖1：A-D）。通過將Sca-1+ CDCs、Sca-1- CDCs以及內(nèi)皮細胞進行配體受體相互作用分析，發(fā)現(xiàn)了Sca-1+ CDCs主要作為信號的發(fā)出者，主要是促血管生成信號作用于Sca-1- CDCs(圖1：E-G)。如Sca-1+ CDCs高表達的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）。并進一步對兩種亞群細胞的增殖、成管能力等表型進行比較，結(jié)合對特異配體和受體的干預研究，明確兩亞群細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注射進梗死小鼠心肌內(nèi),以比較兩種細胞在體內(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)配體均為已有報道的具有心臟保護作用的分子，例如Grem1、Cxcl12等。因此推測Sca-1+ CDCs可能通過分泌促進血管生成相關(guān)因子來促進心臟損傷修復（圖2：D-E）。
圖2. Sca-1+ CDC對心肌梗死后心功能的促進作用。
綜上，本研究結(jié)果揭示了一個重要的心臟祖細胞CDCs的細胞異質(zhì)性，發(fā)現(xiàn)了功能特異性CDCs亞群及其互作機制，并證實Sca-1+的CDC是促進心臟損傷修復的主要細胞類群。本研究從細胞異質(zhì)性的角度探討影響細胞移植療效的新因素，或有助于解釋當前心臟祖細胞的爭議性結(jié)果，可能對優(yōu)化未來的細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大學醫(yī)學院博士生高磊和生命科學與技術(shù)學院博士生張紅杰。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研發(fā)計劃、國家自然科學基金委，上海市揚帆計劃，江西省青年科學基金，同濟大學中央高校基本科研業(yè)務費以及教育部細胞干性與命運編輯前沿科學中心的支持。
論文原文鏈接：
https://link.springer.com/article/10.1007/s13238-020-00788-6