血管周围间充质干细胞指导ST2+修复性巨噬细胞促进小鼠血管内损伤诱导的新生内膜增生
主要作者及单位：本研究由浙江大学（Zhejiang University）的颜萍（Yan Ping）、秦哲文（Zhewen Qin）、黄兴晓（Xingxiao Huang）等完成，通讯作者为邵孟乐（Mengle Shao，中国科学院上海免疫与感染研究所）、吴英（Ying Wu，中国科学院上海营养与健康研究所）、黄锦宇（Jinyu Huang，浙江大学）和单波（Bo Shan，浙江大学）。论文发表于《Nature Communications》，2026年第17卷，文章编号3635，DOI为10.1038/s41467-026-68587-x。
学术背景：本研究属于血管生物学与免疫学交叉领域，聚焦于血管损伤后修复过程中免疫细胞与间充质基质细胞（mesenchymal stromal cells, MSC）之间的相互作用机制。经皮冠状动脉介入治疗是冠心病的主要治疗手段，但术后约16%–20%的患者会发生支架内再狭窄（in-stent restenosis, ISR），其主要病理基础是血管平滑肌细胞（vascular smooth muscle cell, VSMC）过度增殖和新生内膜增生（neointimal hyperplasia）。血管损伤后的组织修复分为炎症期和修复期两个阶段：炎症期以促炎性巨噬细胞浸润为主，修复期则以抗炎、促修复的巨噬细胞表型转换为核心。然而，修复性巨噬细胞的精确细胞来源、身份特征以及调控其表型获得的分子机制尚不清楚。MSC是位于血管外膜层的血管周围基质细胞，近年来被发现是外周组织中白介素-33（IL-33）的主要细胞来源。已有研究表明MSC在组织损伤后能够通过旁分泌信号调控免疫细胞功能，但其在血管损伤修复中如何指导巨噬细胞表型转换尚未被系统阐明。本研究旨在解析血管周围MSC与巨噬细胞之间的功能性串扰机制，并探索其作为防治再狭窄靶点的潜力。
工作流程：本研究采用小鼠股动脉导丝损伤模型（femoral artery injury, FAI）模拟临床支架植入引起的血管内损伤，综合运用时间分辨单细胞RNA测序（scRNA-seq）、多色流式细胞术、条件性基因敲除小鼠模型、体外共培养体系以及局部水凝胶递送siRNA等技术手段，系统开展以下实验流程：
第一，动态免疫细胞图谱绘制。在损伤后0、2、7天三个时间点收集股动脉进行scRNA-seq，共捕获27,515个高质量细胞，鉴定出VSMC、MSC、内皮细胞和免疫细胞四大类群。同时采用多色流式细胞术在0、2、7天对动脉内CD45+免疫细胞进行分群定量，共识别出11种免疫细胞亚群。结果显示损伤后巨噬细胞是最丰富的免疫细胞群，损伤后2天增加约60倍，7天仍维持20倍以上的增幅，且以CX3CR1+巨噬细胞为主。通过构建诱导性巨噬细胞清除小鼠模型（Cx3cr1CreER; Rosa26-iDTR，简称MacΔ小鼠），在损伤后给予白喉毒素清除CX3CR1+细胞，发现新生内膜形成显著减少，证明动脉巨噬细胞是新生内膜增生所必需的。
第二，巨噬细胞亚群异质性鉴定。对scRNA-seq数据中的巨噬细胞进行无监督聚类，识别出4个亚群。其中cluster 1高表达Ly6c，富集炎症相关基因，定义为炎症性巨噬细胞（inflammatory macrophage, infMac）；cluster 2高表达Cd63和Cd72，富集血管修复与再生相关基因，定义为修复性巨噬细胞（reparative macrophage, repMac）。伪时间轨迹分析和单核细胞移植实验证明repMac来源于循环单核细胞。利用CSF1R抑制剂KI20227在不同时间窗口（0–3天或4–7天）选择性清除巨噬细胞，发现早期清除抑制炎症反应但不影响VSMC增殖，而晚期清除则显著减少VSMC增殖（Edu+细胞减少约50%）和新生内膜形成（减少约80%），证实Ly6c−CD63+CD72+巨噬细胞是促进VSMC增殖的修复性巨噬细胞。
第三，MSC亚群及其免疫调节特征分析。scRNA-seq的细胞间通讯分析显示MSC与免疫细胞（尤其是巨噬细胞）的相互作用在损伤后逐渐增强。MSC可分为MSC1和MSC2两个亚群，其中MSC2在损伤后第7天显著出现，高表达Podoplanin（Pdpn）及免疫调节相关基因。流式细胞术证实损伤后动脉中PDPN+MSC比例显著增加。对分选出的PDGFRβ+PDPN+MSC进行bulk RNA-seq，发现损伤后上调的1,796个基因主要富集于免疫应答相关通路，证实PDPNhi MSC具有增强的免疫调节活性。
第四，IL-33表达调控机制解析。在MSC的bulk RNA-seq差异表达基因中，Il33是上调最显著的分泌蛋白编码基因。通过scRNA-seq、免疫荧光染色和Il33GFP报告小鼠证实动脉IL-33主要由外膜层PDGFRβ+ MSC表达。损伤后Il33基因表达上调而非Il33表达细胞数量增加所致。在体外实验中，将MSC与受损内皮细胞条件培养基（conditioned medium from injured ECs, CM_inj）共培养，发现CM_inj通过热敏感的大分子物质（>10 kDa）激活NF-κB信号通路（IKKα/β和p65磷酸化水平升高），进而诱导Il33转录。使用p65抑制剂JSH23或siRNA敲低Rela均可阻断CM_inj诱导的Il33表达。染色质免疫沉淀（ChIP）实验证实p65直接结合Il33启动子区的两个结合位点（b.s.-2和b.s.-3）。临床样本检测显示支架内再狭窄患者血浆IL-33水平显著高于无再狭窄患者。
第五，MSC来源IL-33的功能验证。构建PDGFRβ+细胞特异性Il33敲除小鼠（PdgfrbCreER; Il33loxP/loxP，简称PB-Il33KO小鼠），发现损伤后动脉内巨噬细胞总数减少约36%，其中repMac（Ly6C−CD63+CD72+）数量显著下降，但2型免疫细胞（ILC2、肥大细胞、CD4+ T细胞）频率和2型细胞因子水平无明显变化，提示IL-33未激活经典2型免疫应答。PB-Il33KO小鼠损伤后新生内膜增生减少约70%，VSMC增殖指标Ki67+细胞减少约51%，Edu+细胞减少约72%。局部水凝胶递送siIl33同样有效抑制了新生内膜增生，证实IL-33的局部效应。
第六，IL-33-ST2信号轴在巨噬细胞中的作用。动脉中Il1rl1（编码ST2蛋白）表达在损伤后显著上调，且损伤诱导的ST2+免疫细胞以巨噬细胞为主（约58%）。在PB-Il33KO小鼠中，ST2+免疫细胞数量减少约45%。通过比较IL-33处理的骨髓来源巨噬细胞（BMDM）转录组与损伤后第7天动脉巨噬细胞转录组，发现451个共同上调基因富集于伤口愈合和VSMC增殖相关通路。ST2+巨噬细胞主要存在于repMac群体中，约60%的repMac为ST2+。构建髓系细胞特异性Il1rl1敲除小鼠（Lyz2Cre; Il1rl1loxP/loxP，简称Mac-Il1rl1KO小鼠），发现巨噬细胞ST2缺陷显著抑制了新生内膜形成和VSMC增殖。
第七，骨桥蛋白（Osteopontin, OPN/Spp1）的效应机制。通过配体-受体互作分析筛选出巨噬细胞来源的Spp1等候选配体。损伤后动脉中Spp1表达显著上调，且主要由巨噬细胞产生。在PB-Il33KO和Mac-Il1rl1KO小鼠中，动脉Spp1表达均下降约50%。体外实验显示IL-33处理可诱导BMDM中Spp1表达上调4倍以上，而ST2缺陷细胞中该诱导作用消失。将IL-33处理的巨噬细胞条件培养基加入VSMC培养，可促进VSMC增殖，而siRNA沉默巨噬细胞Spp1则消除了这种促进效应。局部水凝胶递送siSpp1同样有效抑制了体内新生内膜增生。临床样本显示ISR患者血浆OPN蛋白水平显著升高。
主要结果与结论：本研究揭示了血管损伤后一个完整的免疫-基质细胞调控网络：血管内损伤激活的PDPNhi血管周围MSC通过NF-κB信号通路依赖的方式产生IL-33，IL-33以旁分泌方式作用于ST2+修复性巨噬细胞，促使其产生骨桥蛋白，进而刺激VSMC增殖和新生内膜增生。局部阻断IL-33或OPN均可有效抑制损伤诱导的血管再狭窄。
研究意义与价值：从科学价值而言，本研究首次明确了IL-33-ST2-OPN轴在血管损伤修复中介导MSC与修复性巨噬细胞之间功能性串扰的分子机制，阐明了修复性巨噬细胞的细胞来源和功能标志物（ST2），为理解免疫-基质相互作用如何调控组织修复提供了新的理论框架。从应用价值而言，局部水凝胶递送siRNA靶向Il33或Spp1的治疗策略在动物模型中有效抑制了新生内膜增生，为预防支架内再狭窄和其他血管疾病提供了潜在的临床转化方向。考虑到药物涂层支架的血栓形成风险，裸支架联合水凝胶疗法可能成为更安全的替代方案。
研究亮点：第一，利用时间分辨scRNA-seq与多色流式细胞术相结合，全面绘制了血管损伤修复过程中免疫细胞和基质细胞的动态图谱；第二，首次鉴定出ST2作为修复性巨噬细胞的功能标志物，并用巨噬细胞特异性ST2敲除小鼠验证其功能；第三，从细胞来源、调控机制到效应分子，完整解析了MSC-巨噬细胞-VSMC三级细胞间的信号传递通路；第四，采用局部水凝胶递送siRNA技术验证了靶向该通路的治疗可行性，具有较好的转化医学前景。本研究的局限性在于缺乏人体体内验证，且体外实验使用内皮细胞系不能完全模拟动脉内皮细胞的表型特征，巨噬细胞表型转换的完整机制也有待进一步研究。