4月20日，國際學(xué)術(shù)期刊Circulation Research在線發(fā)表了中國科學(xué)院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心周斌研究組、上海胸科醫(yī)院何奔研究組和南方醫(yī)科大學(xué)附屬奉賢醫(yī)院喬增勇研究組合作的研究成果“Genetic Lineage Tracing of Pericardial Cavity Macrophages in the Injured Heart ”。該研究利用前期建立的雙同源重組酶介導(dǎo)的遺傳譜系示蹤新技術(shù)，在小鼠體內(nèi)高效率、特異性地標(biāo)記心包腔巨噬細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)在心臟受損后，心包腔巨噬細(xì)胞會(huì)立刻聚集在損傷表面，參與心外膜損傷后反應(yīng)和炎癥過程，但不會(huì)滲透進(jìn)入心肌層參與心肌層修復(fù)。該研究利用新的遺傳工具重新評估了心包腔巨噬細(xì)胞的功能，為深入清晰認(rèn)識(shí)心包腔巨噬細(xì)胞的功能提供了強(qiáng)有力的遺傳學(xué)工具。
心血管疾病一直是全球重要的死亡原因。在當(dāng)今社會(huì)，其高發(fā)病率和高致死率成為威脅人類健康和生命的主要原因。大多數(shù)器官在細(xì)胞水平上都有一定程度的自我修復(fù)能力，但是由于成體心肌細(xì)胞自我增殖較低，同時(shí)不存在內(nèi)源性心肌干細(xì)胞，導(dǎo)致心臟的自我修復(fù)能力非常有限。心肌缺血造成的心肌細(xì)胞大量死亡最終會(huì)導(dǎo)致心臟嚴(yán)重受損，心力衰竭直至死亡。盡管目前在認(rèn)識(shí)和治療急性心肌梗死方面取得了重大進(jìn)展，但其死亡率仍居高不下。因此找到新的治療靶點(diǎn)，創(chuàng)建新的療法顯得尤為迫切和重要。近年來大量研究表明巨噬細(xì)胞成為心肌損傷修復(fù)再生的關(guān)鍵，包括單核細(xì)胞分化形成的巨噬細(xì)胞和心臟駐留型巨噬細(xì)胞。
近期，Paul Kubes研究組發(fā)現(xiàn)位于心包腔中的Gata6+巨噬細(xì)胞在小鼠結(jié)構(gòu)性心臟重塑和心肌梗死（MI, Myocardial infarction）修復(fù)中發(fā)揮重要作用。在他們的研究中，通過改良小鼠冠狀動(dòng)脈結(jié)扎模型，在維持心包膜腔完整的情況下，發(fā)現(xiàn)Gata6+心包腔巨噬細(xì)胞經(jīng)心外膜進(jìn)入心肌中，丟失GATA6表達(dá)，但持續(xù)發(fā)揮抗纖維化功能。利用Lyz2-Cre條件性敲除Gata6會(huì)造成這群巨噬細(xì)胞缺失，導(dǎo)致MI后心臟纖維化加重，心功能下降。他們的研究證明心包腔中Gata6+巨噬細(xì)胞促進(jìn)心臟損傷修復(fù)，可以作為心臟免疫治療的一個(gè)潛在靶點(diǎn)。但是在這些研究中，研究人員主要是利用Gata6H2B-Venus, Lyz2-Cre等工具小鼠結(jié)合骨髓移植實(shí)驗(yàn)標(biāo)記示蹤心包腔巨噬細(xì)胞，無法做到原位特異性的標(biāo)記心包腔中的Gata6+巨噬細(xì)胞。由于單基因示蹤系統(tǒng)的局限性和不特異性，之前的研究結(jié)果缺乏令人信服的遺傳學(xué)證據(jù)。這就造成心包腔巨噬細(xì)胞是否具有促進(jìn)心臟損傷修復(fù)的能力存在巨大的科學(xué)爭議，需要建立新的特異性遺傳示蹤工具進(jìn)行闡明。
周斌組研究人員首先通過流式分析和細(xì)胞爬片免疫熒光實(shí)驗(yàn)證明前期建立的雙同源重組酶介導(dǎo)的遺傳譜系新技術(shù)（CD45-Dre;Gata6-iCreER;R26-tdTomato工具小鼠）可以高效特異地標(biāo)記心包腔巨噬細(xì)胞。基于此，在對CD45-Dre;Gata6-iCreER;R26-tdTomato小鼠給予他莫昔芬誘導(dǎo)標(biāo)記Gata6+巨噬細(xì)胞，靜置一周后進(jìn)行心包膜完整的心肌梗死損傷模型，7天后收樣檢測。免疫熒光染色和流式實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明tdTomato陽性的細(xì)胞聚集在損傷區(qū)域的表面，并伴有增厚的心外膜間皮層，響應(yīng)該處的炎癥反應(yīng)。 但是在心臟心肌層中幾乎沒有發(fā)現(xiàn)tdTomato陽性的細(xì)胞。體內(nèi)遺傳學(xué)證據(jù)表明在心包膜完整的心梗模型中tdTomato陽性的心包腔巨噬細(xì)胞雖然能響應(yīng)炎癥反應(yīng)聚集在損傷心臟心外膜層，但很少能進(jìn)入心臟內(nèi)部。
為了進(jìn)一步闡明心包腔巨噬細(xì)胞的功能，研究人員構(gòu)建了白喉毒素介導(dǎo)的心包腔巨噬細(xì)胞清除小鼠CD45-Dre;Gata6-iCreER;R26-tdTomato/iDTR和Gata6條件性敲除小鼠CD45-Dre;Gata6-iCreER/flox;R26-tdTomato。在對CD45-Dre;Gata6-iCreER;R26-tdTomato/iDTR小鼠他莫昔芬誘導(dǎo)后注射白喉毒素，可以特異性清除GATA6+心包腔巨噬細(xì)胞。GATA6對心包腔巨噬細(xì)胞存活、增殖及功能至關(guān)重要。對CD45-Dre;Gata6-iCreER/flox;R26-tdTomato小鼠他莫昔芬處理敲除Gata6可以導(dǎo)致心包腔巨噬細(xì)胞大量減少。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明無論是清除絕大部分GATA6+巨噬細(xì)胞還是條件性敲除Gata6，小鼠心梗后28天心功能（EF、FS和PV-loop）和對照組相比無明顯差異。同樣的，纖維化面積等也沒有顯著性差異。這說明心包腔巨噬細(xì)胞對心臟損傷后的心肌組織修復(fù)再生沒有顯著性影響。
此外為了排除實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ彤a(chǎn)生的差異，研究人員還構(gòu)建了骨髓移植模型進(jìn)一步闡明心包腔巨噬細(xì)胞在心臟損傷中的功能。通過將CD45-Dre;Gata6-iCreER;;R26-tdTomato小鼠的骨髓細(xì)胞移植到輻照后的受體C57BL/6J小鼠中構(gòu)建CD45-Dre;Gata6-iCreER;R26-tdTomato:C57BL/6J嵌合體小鼠。流式和免疫熒光染色實(shí)驗(yàn)表明在移植8周后給予他莫昔芬誘導(dǎo)，受體小鼠心包腔巨噬細(xì)胞重組效率高達(dá)50%，同時(shí)不會(huì)標(biāo)記心臟駐留型巨噬細(xì)胞。隨后給予嵌合體小鼠同樣的心包膜完整的心梗損傷，7天后免疫熒光染色和流式結(jié)果再一次證明，被標(biāo)記的心包腔巨噬細(xì)胞不會(huì)遷移進(jìn)心肌細(xì)胞，而只是大量的聚集在增厚的心外膜間皮層響應(yīng)炎癥反應(yīng)。
綜上，研究人員利用建立的雙同源重組酶介導(dǎo)的譜系示蹤新技術(shù)可以特異性標(biāo)記心臟巨噬細(xì)胞亞群-心包腔巨噬細(xì)胞。該系統(tǒng)突破了傳統(tǒng)的思維模式和技術(shù)局限性，不依賴于體外移植實(shí)驗(yàn)，可以在小鼠體內(nèi)直接遺傳標(biāo)記心包腔巨噬細(xì)胞來研究其細(xì)胞遷移與功能。該研究與此前發(fā)現(xiàn)的GATA6+巨噬細(xì)胞作用不同，精準(zhǔn)揭示了在心包膜完整的心臟損傷模型中，心包腔巨噬細(xì)胞聚集在損傷出參與心外膜的炎癥反應(yīng)，但不遷移進(jìn)入心肌層參與心臟修復(fù)與再生。不同于以往的技術(shù)手段和方法，新構(gòu)建的遺傳譜系示蹤技術(shù)可以深入精準(zhǔn)的標(biāo)記心包腔巨噬細(xì)胞，在小鼠體內(nèi)得到更為精確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。該研究為心包腔巨噬細(xì)胞研究領(lǐng)域提供了重要的遺傳工具，對探索心包腔巨噬細(xì)胞在心臟炎癥和修復(fù)中的作用提供了更可靠的技術(shù)手段，為心臟病患者提供新的治療靶點(diǎn)。
中國科學(xué)院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心周斌研究組博士后金恒薇和中國科學(xué)院杭州高等研究院博士后劉擴(kuò)為該論文共同第一作者，分子細(xì)胞卓越中心周斌研究員、上海胸科醫(yī)院何奔教授和南方醫(yī)科大學(xué)附屬奉賢醫(yī)院喬增勇教授為該論文共同通訊作者。該研究得到了中國科學(xué)院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心動(dòng)物平臺(tái)和細(xì)胞平臺(tái)、國家蛋白質(zhì)中心（上海）的大力支持，并得到來自中科院、基金委、科技部、上海市科委等部門的經(jīng)費(fèi)支持。
文章鏈接：https://www.ahajournals.org/doi/abs/10.1161/CIRCRESAHA.122.320567
游離于心包腔中的巨噬細(xì)胞在心臟受到損傷的情況下會(huì)響應(yīng)炎癥反應(yīng)大量聚集在增厚的心外膜間皮層，但不能滲透進(jìn)入心肌層參與損傷修復(fù)。
