学术研究报告：Meteorin-like通过内皮细胞Kit受体酪氨酸激酶促进心脏修复

研究团队与发表信息

本研究由Marc R. Reboll（汉诺威医学院分子与转化心脏病学中心）领衔，联合德国、美国、荷兰等多国研究团队共同完成，通讯作者为Kai C. Wollert。研究成果于2022年6月17日发表于Science期刊（卷376，期6599，页码1343–1347），标题为《Meteorin-like promotes heart repair through endothelial Kit receptor tyrosine kinase》。

学术背景

研究领域：心血管生物学与缺血性损伤修复。
科学问题：心肌梗死（myocardial infarction, MI）后，单核细胞和巨噬细胞如何通过分泌因子驱动血管新生（angiogenesis）以促进组织修复？尽管已知免疫细胞与内皮细胞（endothelial cells, ECs）的相互作用是关键，但具体分子机制尚未完全阐明。
研究目标：鉴定一种新型髓系细胞来源的细胞因子——Meteorin-like（Metrnl），揭示其通过激活内皮细胞Kit受体（干细胞因子受体）促进心脏修复的作用机制。

研究流程与实验设计

1. Metrnl的发现与表达特征

• 生物信息学筛选：通过小鼠心肌梗死模型中的分泌组分析（secretome analysis），发现Metrnl在梗死区左心室髓系细胞中高表达（表S1）。
  
• 表达验证：
  
  • 小鼠模型：心肌梗死后，心脏Metrnl表达显著上调（图S2a）；免疫荧光显示Metrnl+细胞共表达髓系标记CD11b，且邻近梗死边缘区内皮细胞（图1a）。
    
  • 临床样本：急性心肌梗死患者心肌组织中Metrnl表达升高（图S2b）。
    
• 细胞来源：单细胞RNA测序证实，Metrnl主要由CCR2high单核细胞和巨噬细胞亚群分泌（图S3）。
  

2. Metrnl缺失对心脏修复的影响

• 动物模型：
  
  • 表型分析：Metrnl−/−小鼠在基线状态下心脏功能正常，但心肌梗死后出现更严重的左心室扩张、收缩功能障碍及瘢痕扩大（图S4，表S2）。
    
  • 机制验证：
    
  • 骨髓移植实验：将野生型（WT）骨髓移植至Metrnl−/−小鼠可挽救其血管新生缺陷（图1c），反之则加重损伤（图S5）。
    
  • 条件性敲除：髓系细胞特异性敲除Metrnl（LysmCre/+模型）同样抑制血管新生（图1d，图S6）。
    

3. Metrnl与Kit受体的相互作用

• 受体鉴定：
  
  • 质谱分析：通过化学交联质谱技术（chemical cross-linking mass spectrometry）鉴定Kit为Metrnl的候选受体（图S8）。
    
  • 结合验证：
    
  • 免疫共沉淀：Metrnl与Kit的胞外域（extracellular domain, ECD）直接结合，亲和力与干细胞因子（SCF）相当（图2a-b，图S9）。
    
  • 竞争实验：Kit-ECD-Fc融合蛋白可阻断Metrnl和SCF的促血管新生作用（图3a-b）。
    
• 信号通路：
  
  • Metrnl与SCF均通过Kit激活下游Src（Y416）和Akt1（S473）磷酸化（图S10）。
    
  • 磷酸化蛋白质组学：Metrnl与SCF诱导的磷酸化谱高度相似，显著区别于VEGFA（图3c，图S11）。
    

4. Kit+内皮细胞在修复中的作用

• 单细胞RNA测序：心肌梗死后，Kit+内皮细胞数量显著增加，且富集增殖/迁移相关基因（表S3）。
  
• 功能验证：
  
  • 体外实验：Metrnl和SCF仅促进Kit+内皮细胞增殖（图S12）。
    
  • 体内模型：Kit-ECD-Fc处理选择性抑制Kit+内皮细胞扩增，加重心功能恶化（图4b，表S4）。
    
  • Metrnl−/−模型：Metrnl缺失特异性阻碍Kit+内皮细胞扩增，但不影响Kit−内皮细胞（图4c）。
    

5. 治疗潜力验证

• Metrnl治疗实验：
  
  • 心肌梗死后注射Metrnl可增强血管新生、减少瘢痕形成并改善心功能（图S14，表S5）。
    
  • 该效应依赖于Kit+内皮细胞的扩增（图S14d）。
    

主要研究结果

1. Metrnl是心肌修复的关键介质：髓系细胞分泌的Metrnl通过激活内皮细胞Kit受体驱动血管新生，缺失Metrnl导致修复失败。
   
2. Kit受体的双重配体机制：Metrnl与SCF均以高亲和力结合Kit，但Metrnl在损伤后特异性由髓系细胞分泌，而SCF表达不受缺血影响（图S13）。
   
3. 细胞特异性效应：Metrnl选择性促进Kit+内皮细胞扩增，而SCF在发育中作用更广泛（如造血）。
   

研究结论与价值

科学意义：
- 首次揭示Metrnl-Kit轴是心肌梗死后的关键修复通路，填补了免疫-内皮细胞互作领域的空白。
- 提出“配体时空特异性”概念：Metrnl在损伤后由髓系细胞瞬时分泌，而SCF发挥组成性功能。

应用价值：
- Metrnl可作为治疗缺血性心脏病的潜在靶点，其重组蛋白或激动剂可能促进血管新生。
- Kit+内皮细胞亚群的鉴定为精准干预提供了新方向。

研究亮点

1. 创新性发现：首次报道Metrnl是Kit的高亲和力配体，并阐明其在缺血修复中的独特作用。
   
2. 技术突破：整合单细胞测序、磷酸化蛋白质组学和条件性基因敲除等多维度方法。
   
3. 临床转化潜力：动物模型中Metrnl治疗的显著效果为心衰治疗提供了新策略。
   

其他有价值内容

• 数据公开性：单细胞RNA测序原始数据已上传至GEO（编号GSE198376和GSE198401）。
  
• 跨学科合作：研究涉及心血管生物学、免疫学、蛋白质组学等多领域技术，体现了交叉学科的优势。