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这篇研究由王珊珊(Shan-Shan Wang)和袁佳(Jia Yuan)作为共同第一作者,周波(Bo O. Zhou)与任正刚(Zhenggang Ren)为通讯作者,分别来自复旦大学中山医院肝癌研究所、中国科学院分子细胞科学卓越创新中心、中国科学院大学以及中国医学科学院血液病医院等机构。该研究发表在《Journal of Experimental Medicine》上,时间是2025年。
本研究聚焦于肝脏纤维化过程中不同亚群的成纤维细胞的功能及其对疾病进展的影响。尽管已知肝星状细胞(hepatic stellate cells, HSCs)是肝纤维化中肌成纤维细胞的主要来源,但其他类型的间质细胞如门管区周围成纤维细胞(portal fibroblasts)的作用尚不明确。此外,目前缺乏能够特异性标记这些细胞并追踪其命运的工具。因此,研究团队希望通过单细胞RNA测序(scRNA-seq)技术识别新的成纤维细胞特异性标志物,并利用遗传谱系追踪方法解析它们在正常稳态、纤维化及肿瘤发生中的功能。
研究首先整合了两组公开的scRNA-seq数据集,使用Seurat软件进行无监督聚类和降维处理,最终确定了8个主要细胞簇。通过对这些簇中差异表达基因的分析,研究人员鉴定了CD34、DPT和ACTA2作为潜在的成纤维细胞特异性标志物。为了验证这些标志物的特异性,研究进一步设计了CD34-CreER、DPT-CreER和ACTA2-CreER小鼠模型。
研究构建了三种CreER驱动的小鼠模型:CD34-CreER、DPT-CreER和ACTA2-CreER,并将它们分别与Rosa26-CAG-loxP-stop-loxP-tdTomato报告基因小鼠杂交以实现细胞命运追踪。所有小鼠均接受他莫昔芬诱导Cre重组酶活性,随后通过免疫荧光染色、流式细胞术和组织学分析评估Cre标记效率及目标细胞的分布情况。
研究采用两种经典方法诱导肝纤维化:四氯化碳(CCl4)注射用于模拟中央静脉周围纤维化;3,5-二乙氧基羰基-1,4-二氢吡啶(DDC)饮食则用于诱导胆管周围纤维化。对于肝内胆管癌(intrahepatic cholangiocarcinoma, ICC),研究使用Notch信号通路激活剂和Akt突变体共转染法建立小鼠ICC模型。
实验结果通过免疫荧光显微镜观察、定量PCR、流式细胞术等多种手段获取。数据分析包括计算各条件下标记阳性细胞的比例、比较不同条件下的组织病理变化以及检测相关基因表达水平的变化。所有数据均经过双尾t检验统计显著性。
CD34-CreER成功标记了门管区周围和胆管周围的成纤维细胞,但未标记中央静脉周围的成纤维细胞。在DDC诱导的胆管周围纤维化中,约25%的肌成纤维细胞来源于CD34+成纤维细胞;而在ICC模型中,这一比例上升至40%。值得注意的是,TGFβ信号通路被证明是CD34+成纤维细胞向肌成纤维细胞转化所必需的。
DPT-CreER主要标记了门管区周围和中央静脉周围的成纤维细胞,而较少标记胆管周围的成纤维细胞。在DDC诱导的胆管周围纤维化中,约15%的肌成纤维细胞来源于DPT+成纤维细胞;但在ICC模型中,DPT+成纤维细胞几乎不贡献于癌症相关成纤维细胞(CAFs)。
ACTA2-CreER标记了血管平滑肌细胞(vascular smooth muscle cells, VSMCs),而非成纤维细胞。VSMCs在肝纤维化或ICC中的贡献非常有限,仅占所有肌成纤维细胞的1%-2%。
研究还发现,条件性耗竭CD34+成纤维细胞会增加胆管上皮细胞增殖频率,从而加速ICC的发展。然而,这种耗竭并未显著影响胆管周围纤维化的程度。
本研究表明,胆管周围和门管区周围的成纤维细胞在维持胆管稳态、促进纤维化以及推动ICC发展方面发挥重要作用。特别是CD34+成纤维细胞不仅是胆管周围纤维化的重要参与者,还在ICC中贡献了大量的CAFs。这些发现不仅揭示了肝脏成纤维细胞异质性的复杂性,也为未来开发针对特定成纤维细胞亚群的治疗策略提供了理论依据。
研究还探讨了骨髓来源的CD34+细胞是否参与肝纤维化或ICC,结果表明这些细胞并不直接贡献于上述过程。此外,研究强调了TGFβ信号通路在调控成纤维细胞功能中的关键作用,为进一步探索抗纤维化药物靶点提供了方向。