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Protein & Cell:同济大学朱鸿明/魏珂/刘中民揭示一种心脏祖细胞的异质性及其亚群协助在心脏修复中的潜在作用

近日,同济大学附属东方医院再生医学研究所朱鸿明魏珂刘中民教授课题组合作,在 Protein & Cell 期刊上发表了题为:Single-cell transcriptomics of cardiac progenitors reveals functional subpopulations and their cooperative crosstalk in cardiac repair 的研究论文。


该研究结合单细胞转录组学、生物信息学以及湿实验验证,揭示了心肌球细胞内部的异质性、鉴定出功能特异性亚群并阐述了亚群间的相互作用,通过小鼠心梗模型证实Sca-1+的CDC是促进心脏损伤修复的主要细胞类群

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研究团队通过将CDCs进行聚类分析后得到6个细胞亚群,发现:一个既往报道的干细胞标记物Sca-1(Stem cell antigen-1)的表达可将心肌球细胞区分为两个较大的亚群Sca-1+ CDCs与Sca-1- CDCs(图1:A-D)。通过将Sca-1+ CDCs、Sca-1- CDCs以及内皮细胞进行配体受体相互作用分析,发现了Sca-1+ CDCs主要作为信号的发出者,主要是促血管生成信号作用于Sca-1- CDCs(图1:E-G)。如Sca-1+ CDCs高表达的Vegfa可能以旁分泌的方式作用于Sca-1- CDCs表面受体Flt1(图1:H-I)。进一步对两种亚群细胞的增殖、成管能力等表型进行比较,结合对特异配体和受体的干预研究,明确两亚群细胞的特性与互作方式。

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图1

随后,研究人员分别将Sca-1- CDCs与Sca-1+ CDCs注射进梗死小鼠心肌内,以比较两种细胞在体内的治疗功能的的差异。出乎意料地,仅Sca-1+ CDCs可以显著性地改善心肌梗死导致的受损心脏功能(图2:A-C)。与Sca-1- CDCs相比,在Sca-1+ CDCs中显著性上调的基因中的大多数配体均为已有报道的具有心脏保护作用的分子,例如Grem1、Cxcl12等。因此推测Sca-1+ CDCs可能通过分泌促进血管生成相关因子来促进心脏损伤修复(图2:D-E)

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图2

综上,本研究结果揭示了一个重要的心脏祖细胞CDCs的细胞异质性,发现了功能特异性CDCs亚群及其互作机制,并证实Sca-1+的CDC是促进心脏损伤修复的主要细胞类群。本研究从细胞异质性的角度探讨影响细胞移植疗效的新因素,或有助于解释当前心脏祖细胞的争议性结果,可能对优化未来的细胞移植策略提供理论依据(图3)

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图3

本研究的共同第一作者为同济大学医学院博士生高磊和生命科学与技术学院博士生张红杰。同济大学东方医院再生医学研究所的朱鸿明研究员、魏珂教授与刘中民教授为本文的共同通讯作者。

论文链接:
https://doi.org/10.1007/s13238-020-00788-6


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