現代社會心血管疾病的患病率和死亡率一直為各類疾病之首，以動脈粥樣硬化為代表的血管性疾病嚴重危害著人類生命健康。

 

血管平滑肌細胞是構成血管壁組織及維持血管張力的主要細胞成分，其結構和功能的改變會影響血管的基本功能，是引起多種心血管疾病的病理學基礎。因此，對血管平滑肌細胞的深入研究將為血管疾病的預防和靶向治療提供重要的理論基礎。

 

 

據相關報道，Sca1⁺細胞在特定的血管疾病模型如動脈粥樣硬化斑塊中可以轉分化成平滑肌細胞，但缺乏體內直接實驗證據。同時，相關報道闡明在股動脈損傷中，增殖的平滑肌細胞主要來源于血管定居的平滑肌細胞。因此，成體哺乳動物體內是否存在Sca1⁺血管平滑肌干細胞以及它在血管損傷重塑中的作用有待進一步研究驗證。

 

2019年12月26日，中國科學院生物化學與細胞生物學研究所周斌研究組、高棟研究組以及浙江大學張力研究組合作在 Cell Stem Cell 在線發表了題為 Arterial Sca1⁺ vascular stem cells generate de novo smooth muscle for artery repair and regeneration 的研究成果。

 

 

該研究利用譜系示蹤系統發現成體血管外側基質層中的Sca1+細胞在血管嚴重損傷的情況下，可以轉分化血管平滑肌細胞。進一步利用雙同源重組系統，證明是Sca1+PDGFRa+細胞具有轉分化潛能，同時闡明YAP基因在轉分化中起到了重要的作用，為血管損傷重塑研究提供了新的研究方向及理論基礎。

 

研究中所用小鼠模型：Sca1-CreER;PDGFRa-DreER;R26-RSR-LSL-tdTomato;PDGFRb-LSL-Dre等由南模生物提供。

 

在本項研究中，研究人員首先將獲得的小鼠股動脈細胞利用10x genomic進行單細胞轉錄組測序，分析發現Sca1主要表達在血管的內皮細胞，血管外基質細胞、脂肪細胞等。

 

利用Sca1-CreER譜系示蹤系統，通過免疫熒光染色和流式分析同樣發現在股動脈中，Sca1主要標記血管中的部分內皮細胞，血管外側的PDGFRa和PDGFRb基質細胞以及少量的脂肪細胞，不標記血管平滑肌細胞。正常的成體穩態情況下，Sca1⁺細胞不會轉分化為平滑肌細胞。

 

為了研究血管疾病模型下Sca1⁺細胞分化為平滑肌細胞的潛能，研究人員構建了股動脈導絲拉傷模型，利用Sca1-CreER譜系示蹤系統發現在這種損傷情況下Sca1+細胞也不能轉分化為平滑肌細胞。

 

接著，研究人員構建了血管損傷再吻合模型，該種模型可以引起血管平滑肌的大面積死亡，從而導致股動脈發生嚴重損傷。在股動脈發生嚴重損傷模型中，利用Sca1-CreER譜系示蹤系統在損傷后5周可以檢測到Sca1⁺細胞轉分化為成熟的（SMA⁺SM22⁺SM-MHC⁺CNN1⁺）平滑肌細胞。

 

由于血管中的Sca1標記了多種細胞，為了研究哪一亞型的Sca1⁺細胞可以轉分化為平滑肌細胞，科研人員利用Cdh5-CreER, Fabp4-Cre以及CD45-Dre示蹤小鼠，發現在股動脈嚴重損傷情況下內皮細胞，脂肪細胞以及炎癥細胞并不能轉分化為平滑肌細胞。

 

由于Sca1⁺的基質細胞主要包括PDGFRa⁺和PDGFRb⁺兩群，因此構建了Sca1-CreER;PDGFRa-DreER;R26-RSR-LSL-tdTomato 和Sca1-CreER;PDGFRb-LSL-Dre;R26-RSR-tdTomato雙同源重組系統分別譜系示蹤這兩群細胞，實驗發現嚴重血管損傷模型中是Sca1⁺PDGFRa⁺細胞可以轉分化為平滑肌細胞。收集12-24周的嚴重血管損傷樣本，發現Sca1⁺血管干細胞轉分化而來的平滑肌干細胞具有更強的增殖能力。最后，利用DTR系統去除Sca1⁺細胞或者敲除Sca1+細胞內的YAP都會減少分化的平滑肌細胞。

 

位于血管外膜的Sca1⁺PDGFRa⁺細胞在動脈嚴重損傷后分化為平滑肌細胞，并大量增殖，參與血管修復與再生。

 

該研究揭示了Sca1+血管干細胞在血管穩態和疾病狀態下轉分化為平滑肌的潛能，明確了Sca1+血管平滑肌在血管損傷重塑中的作用，為相關血管疾病的病理藥理學研究與潛在臨床治療靶點提供了重要的理論基礎。

 

據悉，該項工作在中國科學院周斌研究員、高棟研究員以及浙江大學張力教授共同指導下，由周斌組副研究員唐娟，博士生王海瀟，研究助理黃秀珍和高棟組李飛博士等共同完成，并得到暨南大學田雪瑩教授、中國醫學科學院聶宇教授、南京醫科大學季勇教授以及天津醫科大學余鷹教授等的大力支持。