前言

心臟作為“機體發(fā)動機”對維持人類生命活動至關重要，多種心血管疾病引起的心功能失常嚴重威脅人類健康，例如心肌梗死、心肌炎癥等，已成為人類死亡的重要原因。一直以來，大家普遍認為心肌是不可再生的，至少在成年的哺乳動物中，心肌再生能力極差。2017年，Nature上發(fā)表的一篇論文還專門探討了心肌細胞不易再生的原因，基本上，目前治療心臟疾病的大多數(shù)藥物或治療手段都是圍繞“如何降低剩余心肌損傷或凋亡”而開發(fā)的，也就是玩存量。既往大家的目光更多地放在了心肌細胞本身上，對于心肌細胞在疾病下的外環(huán)境關注度是近些年才逐漸起來的。心肌損傷后的炎細胞，尤其是巨噬細胞的作用不斷刷新大家認知。

心臟駐留型巨噬細胞是心臟的重要組成部分，在心臟穩(wěn)態(tài)維持和損傷再生中發(fā)揮著重要調控作用，例如調控胚胎期心臟冠狀動脈血管和淋巴管新生，維持心臟傳導系統(tǒng)正常功能，參與心臟損傷后的修復等。因此，闡明心臟巨噬細胞與心肌細胞增殖之間的關系對于心臟發(fā)育及臨床心臟損傷修復提供重要研究基礎。

2022年8月27日，江蘇大學蘇兆亮教授團隊于Acta Pharmaceutica Sinica B( IF 14.903 )?上在線發(fā)表了心臟巨噬細胞調控心肌細胞增殖機制的最新研究成果。作者利用家小鼠作為實驗動物，研究胚胎18天（E18D）、出生后7天（P7D）、出生后4周（P4W）、出生后8周（P8W）、出生后1年（P1Y）小鼠的心臟單細胞圖譜，這將有助于解析心臟巨噬細胞調控心肌細胞的機制和臨床心臟損傷修復。

基本信息

期刊：Acta Pharmaceutica Sinica

影響因子：14.903

發(fā)表年月：2022年8月

材料：Wide-type BALB/c mice 小鼠心臟組織，胚胎18天（E18D）、出生后7天（P7D）、出生后4周（P4W）、出生后8周（P8W）、出生后1年（P1Y）

方法：10x Genomics高通量單細胞轉錄組測序

研究背景

胚胎和新生兒來源的心臟駐留巨噬細胞（CRM）通過Jagged-1-Notch1軸促進心肌細胞增殖。出生后，微環(huán)境變化導致CRM的轉換或更新，導致其增殖潛力的喪失。

1、非心肌細胞的表型和分布的動態(tài)變化

由于非心肌細胞，即基質細胞在生理和病理條件下，都對心臟起著不可或缺的作用，因此作者分析了個體發(fā)育過程中心臟基質細胞的動態(tài)變化。作者利用scRNA-seq檢測不同年齡小鼠的非心肌細胞，共獲得44604個基質細胞。為了深入了解整個心臟的基質細胞組成，作者通過無偏聚類將所有細胞分成19個主要簇，根據(jù)它們的基因表達譜，鑒定出以下的細胞類型：成纖維細胞、T細胞、髓系細胞、B細胞、粒細胞、平滑肌細胞、內皮細胞、心肌細胞、肥大細胞、心外膜細胞。個體發(fā)育伴隨著體細胞形狀、結構和功能的變化。正如預期的那樣，基質細胞在不同點顯示出細胞簇的動態(tài)變化，它們在成年小鼠中的分布幾乎相同（P4W、P8W、P1Y）。然而，胚胎和新生小鼠的這些成分與成年小鼠的完全不同。

2、CRM存在4種不同亞型

高度異質的CRMs群體在維持心臟內環(huán)境穩(wěn)定、去除衰老或死亡細胞以及調節(jié)心臟發(fā)育方面發(fā)揮重要作用。CRM的這些功能與心臟發(fā)育的特定表型和階段密切相關。為了揭示心臟發(fā)育過程中CRM的進化和表型特性，首先根據(jù)常見的細胞表面標記，鑒定出四種巨噬細胞，分別為：CX3CR1+CCR2-Ly6C-MHCⅡ-（MP1），CX3CR1 lowCCR2lowLy6C-MHCⅡ-（MP2），CX3CR1-CCR2+Ly6C+MHCII-（MP3）和CX3CR1+CCR2-Ly6C-MHCⅡ+（MP4）。在E18D和P7D，MP1是優(yōu)勢亞群。然而，它們在出生后第7天突然減少。相反，MP4細胞在P4W出現(xiàn)（可能在出生后7天出現(xiàn)），并持續(xù)到整個成年期。

3、來源于胚胎和新生小鼠的MP1亞群通過Jagged-1-Notch1軸直接促進心肌細胞增殖

為了進一步分析四種巨噬細胞的功能，作者對四種巨噬細胞進行GO富集分析，結果表明，MP1亞群功能主要與發(fā)育、再生功能有關，包括有絲分裂、細胞分化、血管生成等。相反，MP4亞群主要參與炎癥途徑（T細胞活化、抗原加工和呈遞等）， 并且參與增殖途徑的負向調節(jié)。免疫熒光染色表明：來自胚胎和新生小鼠的CRM在促進心肌細胞增殖方面比來自成年小鼠的細胞具有更顯著的作用。

接下來，作者利用CellphoneDB對生物學相關的配體-受體相互作用對進行分析，結果表明Jagged-1 Notch軸在細胞通訊中發(fā)揮潛在作用。RT-qPCR進一步顯示Notch1主要在新生小鼠心臟中表達。此外，流式細胞術還表明，胚胎和新生小鼠CRM中Jagged-1表達高于成年小鼠。

4、MP1簇具有不同的衍生物和多種功能群體

接下來，為了闡明MP1的特征。作者通過擬時分析，模擬CRM子集在心臟發(fā)育過程中的軌跡變化。作者發(fā)現(xiàn)胚胎和新生兒來源的CRM（MP1）含有多種不同表達模式的亞群，例如MP1-I中上調的基因顯著富集與ECM相關的生物學行為。而MP1-III和MP1-IV表現(xiàn)出與免疫應答相關的改變。這些數(shù)據(jù)表明MP1簇具有不同的功能和衍生（來自卵黃囊，胎肝和骨髓）。而在成年小鼠中，CRM的功能則很單一。此外作者還發(fā)現(xiàn)，在個體發(fā)育過程中，MP1可以轉化為MP4，這一過程由細胞氧化還原狀態(tài)的變化觸發(fā)。

研究結論

心臟駐留巨噬細胞（CRM）在體內平衡，心臟功能和重塑中起重要作用。雖然CRM在新生小鼠的心臟再生中起關鍵作用，但它們的作用尚未完全闡明。因此，這項研究旨在探討CRM在心臟個體發(fā)育過程中的動態(tài)變化，分析CRM在促進心臟再生中的表型和功能特性。在小鼠心臟個體發(fā)育過程中，次存在4個CRM亞群：CX3CR1+CCR2-Ly6C-MHCⅡ-（MP1），CX3CR1 lowCCR2lowLy6C-MHCⅡ-（MP2），CX3CR1-CCR2+Ly6C+MHCII-（MP3）和CX3CR1+CCR2-Ly6C-MHCⅡ+（MP4）。

MP1簇具有不同的衍生物（卵黃囊，胎肝和骨髓）和多種功能群體。胚胎和新生兒來源的MP1通過Jagged-1-Notch1軸直接促進心肌細胞增殖，并顯著改善了心肌梗塞后的心臟損傷；MP2/3亞群可以在整個成年期存活；MP4是成年小鼠心臟中的主要群體，能夠導致炎癥。在個體發(fā)育過程中，MP1可以轉化為MP4，這一過程由細胞氧化還原狀態(tài)的變化觸發(fā)。這些發(fā)現(xiàn)描繪了CRM在生理條件下的進化動力學，并發(fā)現(xiàn)胚胎和新生兒衍生的CRM調節(jié)心肌細胞增殖的直接證據(jù)，這項研究結果也揭示了損傷后的心臟修復。

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