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关于成纤维细胞到内皮细胞转化的事实与虚构
Circulation ( IF 35.5 ) Pub Date : 2020-10-26 , DOI: 10.1161/circulationaha.120.050875
Nikolaos G Frangogiannis 1
Affiliation  

文章,见第 1647 页


成纤维细胞传统上被定义为结缔组织细胞,它们填充大多数哺乳动物器官,并参与细胞外基质 (ECM) 支架的形成、维持和降解,从而有助于组织的机械性能。然而,该定义未能传达驻留在哺乳动物组织中的成纤维细胞的显着异质性及其在体内平衡和疾病中的广泛功能库。


受伤后,成纤维细胞分泌除参与 ECM 合成和代谢的蛋白质之外的多种介质,并已被建议用于炎症、1血管生成、2和细胞保护3在广泛的病理条件下的作用。除了通过分泌 ECM 蛋白、生物活性介质或含有 microRNA 的外泌体介导的作用外,损伤部位的成纤维细胞也被认为表现出表型可塑性,通过称为间充质向内皮转化的过程转化为内皮细胞。在心肌缺血/再灌注模型中,基因命运图谱实验表明,成纤维细胞可以通过 p53 依赖性途径转化为内皮细胞,从而促进新血管形成。4然而,这些发现受到了一项系统谱系追踪研究的挑战,该研究使用 3 种内皮诱导型 Cre 系和 6 种不同的遗传成纤维细胞追踪工具来证明成纤维细胞不会经历内皮转化,并且预先存在的内皮细胞几乎完全负责再灌注心肌梗死中的新血管形成. 5因此,成纤维细胞是否可以在受伤的心脏或其他器官中获得内皮细胞特征仍然是一个激烈争论的问题。


在当前一期Circulation 中,Meng 等人6报告称,具有成纤维细胞样特征的间质细胞亚群有助于血管生成,并通过转化为内皮细胞来改善缺血骨骼肌的恢复。作者使用 FSP(成纤维细胞特异性蛋白)-1 Cre 系的谱系追踪来鉴定源自 FSP-1 +后代的非髓细胞CD144 +细胞群,这些细胞在后肢缺血后扩增并表达内皮细胞基因。这些血管生成细胞的生成、新血管形成和缺血骨骼肌的恢复取决于 Toll 样受体 3 信号传导和核因子 κB 介导的炎症级联反应。


FSP-1 +后代细胞的单细胞 RNA 测序鉴定了几个不同的成纤维细胞样细胞簇,其中 1 个具有与 CD144 +相似的特征内皮样群体,并在基质胶中形成内皮细胞样网络。作者将这些发现解释为成纤维细胞通过先天免疫信号介导的直接转化为内皮细胞对缺血后血管生成反应的重要贡献。该研究基于谱系追踪和单细胞转录组数据的精心设计组合,突出了体内成纤维细胞的表型和功能异质性。然而,考虑到该领域的争议和用于成纤维细胞标记的小鼠品系的局限性,这项研究是否提供了成纤维细胞向内皮转化的明确体内证据?


在细胞特异性体内靶向的早期,FSP-1/S100A4 在许多备受瞩目的研究中被用作成纤维细胞特异性标记物。7然而,在过去 10 年中,出现了大量证据对其特异性提出质疑。除了由成纤维细胞样细胞表达外,FSP-1 还定位于骨髓细胞中,并在巨噬细胞迁移的调节中起重要作用。8在受损肝脏中,FSP-1 主要标记炎性巨噬细胞亚群。9在正常、梗塞和重塑心脏中,大多数 FSP-1 阳性细胞表达造血细胞或内皮细胞的标志物。10此外,最近发表的一项在小鼠骨骼肌中使用单细胞转录组学的研究并未将 FSP-1 鉴定为富含成纤维细胞的基因。11


因此,FSP-1 Cre 驱动程序的独家使用限制了当前关于缺血肌肉中血管生成内皮细胞的成纤维细胞起源的研究的结论。然而,单细胞转录组学的使用克服了谱系追踪方法的许多缺点。表达内皮基因的 FSP-1 衍生细胞亚群也表达了几种成纤维细胞相关基因,包括Vim(波形蛋白)、Lamc1Tcf4Nav1Igfbp6。ECM 基因(成纤维细胞的主要定义特征)的表达不太一致:血管生成细胞表达Fn1和 IV 型胶原基因,但 I 型胶原基因和肌成纤维细胞相关基因Acta2(α-平滑肌肌动蛋白)和Postn(骨膜蛋白)的水平可以忽略不计。此外,未检测到常用的成纤维细胞标记物PDGFRa 的表达。因此,转录组学数据表明 FSP-1 + “成纤维细胞样”细胞群可能有助于缺血性血管生成中的内皮细胞扩张。


这些细胞真的是成纤维细胞吗?这个问题的答案取决于我们如何定义成纤维细胞。根据需要合成大量纤维状胶原蛋白的严格定义,Meng 等人确定的细胞可能不被视为成熟的成纤维细胞。然而,这是一个语义论证。在多细胞生物中,将细胞分类为特定类型满足了我们为细胞多样性的混乱带来秩序的需要,这对于理解复杂的生物反应是必要的。对于具有独特特征或功能特性的分化良好的细胞(如心肌细胞和神经元),用于识别的标准是明确无误的。在其他情况下(例如在免疫细胞生物学中),数十年的研究有助于识别功能不同且定义明确的亚群。相比之下,自从 150 多年前首次描述这些细胞以来,成纤维细胞的识别标准一直含糊不清,并且缺乏对具有不同功能特性的特定亚群的表征。这可能至少部分反映了成纤维细胞极化亚群的缺失,其特征在于独特和不同的标记。组织成纤维细胞群可能代表一系列细微的表型,而不是可以根据一些特定标记明确子分类的细胞(图 [A])。成纤维细胞亚群的多样性在受伤组织中被放大,由于受损细胞释放的损伤相关分子模式激活先天免疫途径,浸润的白细胞分泌细胞因子和生长因子,改变细胞微环境。单细胞转录组学揭示了受伤组织中成纤维细胞活化的有趣模式12,13可能对应于不同的功能特性。


不管用于描述 FSP-1 谱系的血管生成细胞的术语如何,研究结果增加了越来越多的证据,表明成纤维细胞样间质细胞在血管生成中的重要作用(图 [B])。考虑到它们作为基质产生细胞和基质重塑细胞的主要作用,成纤维细胞被认为通过调节形成管腔所必需的 ECM 网络和通过分泌调节调节的特殊基质蛋白来促进血管生成也就不足为奇了。内皮细胞和壁细胞反应。2成纤维细胞也可以作为血管生成介质的来源,例如血管内皮生长因子14和血管生成趋化因子。在心肌梗死模型中的研究确定了 FSP-1 +成纤维细胞样亚群,其具有促血管生成特性,在功能上与分泌基质的 α-平滑肌肌动蛋白+肌成纤维细胞不同,并表达血管生成趋化因子 CXCL12 和 CXCL16。15


数字。 受伤和愈合组织中成纤维细胞的功能多元化一种, 正常和受伤组织中成纤维细胞表型的调色板。成纤维细胞表现出显着的异质性。尽管组织成纤维细胞的特征仍然不完整(尤其是在人类中),但它们的多样性似乎并不涉及极化表型,而是涉及一系列细微差别的特征。成纤维细胞多样性在受伤后被放大,因为由损伤相关分子模式 (DAMP)、细胞因子和特化基质蛋白触发的先天免疫信号触发某些亚群的扩张和激活,以及具有不同转录组和功能特征的其他亚群的出现。成纤维细胞在受损组织中的作用超出细胞外基质 (ECM) 的分泌、加工和重塑。B,成纤维细胞的血管生成作用。损伤可能与通过几种不同机制刺激新血管形成的血管生成成纤维细胞的产生有关,包括血管生成细胞因子、趋化因子和生长因子的分泌,具有血管生成特性的基质细胞蛋白的分泌,以及含有 microRNA 的外泌体的释放。目前的研究表明,在缺血骨骼肌中,源自 FSP(成纤维细胞特异性蛋白)-1 +后代的成纤维细胞样细胞亚群获得内皮细胞 (EC) 的特征,并有助于血管生成和功能恢复。研究结果支持间充质到内皮转化(MendoT)这一有争议的概念。


成纤维细胞是否通过间充质向内皮转化直接转化为内皮细胞对血管生成有显着贡献仍不清楚。尽管目前的研究支持这一概念,但尚未确定这种细胞过程的相对重要性。没有进行消融血管生成 FSP-1 谱系细胞的实验。此外,核因子 κB 信号在 FSP-1 + 中的关键作用使用 FSP1-Cre 删除子的基因功能丧失实验表明,介导血管生成的细胞可能独立于成纤维细胞向内皮细胞的转化,反映了核因子 κB 对表达 FSP-1 的骨髓细胞的作用或对成纤维细胞衍生的血管生成介质。内皮细胞在损伤相关血管生成中的起源和非内皮细胞类型的相对贡献最好通过系统研究预先存在的内皮细胞和非内皮细胞类型的相对贡献来解决,而不是仅仅关注特定亚群的命运。


Frangogiannis 博士的实验室得到了美国国立卫生研究院的资助 R01HL76246、R01HL85440 和 R01HL149407 以及国防部资助的 PR151029、PR151134 和 PR181464。


没有任何。


本文中表达的观点不一定是编辑或美国心脏协会的观点。


https://www.ahajournals.org/journal/circ






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更新日期:2020-10-30
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