成纤维细胞-脂肪细胞谱系细胞相互作用导致细胞外基质蛋白的差异产生
学术背景
疤痕形成是创伤、烧伤和其他并发症后常见的问题，严重影响全球数百万人的生活质量。成纤维细胞（fibroblasts）在病理疤痕形成中起核心作用，因此成为开发新疗法以促进愈合和减少疤痕的常见目标。近年来，研究表明脂肪细胞谱系细胞（adipocyte lineage cells）也在伤口愈合过程中发挥重要作用。临床报告显示，将自体脂肪微移植物（autologous adipose micrografts）置于手术部位可以改善现有疤痕的外观和柔韧性。然而，脂肪移植物中的细胞类型及其在伤口愈合中的具体作用机制尚不清楚。因此，本研究旨在探讨脂肪细胞谱系细胞与成纤维细胞之间的相互作用，以及这些相互作用如何影响细胞外基质（extracellular matrix, ECM）蛋白的产生。
论文来源
该研究由Edward A. Sander、Mariam Y. El-Hattab、Kathryn R. Jacobson、Aloysius J. Klingelhutz、James A. Ankrum和Sarah Calve共同完成。研究团队分别来自University of Iowa、University of Colorado Boulder和University of Iowa Carver College of Medicine。该论文于2024年10月29日在线发表在期刊Cellular and Molecular Bioengineering上。
研究流程
1. 细胞培养与球体形成
研究首先利用TERT永生化的正常人皮肤成纤维细胞（human dermal fibroblasts）和脂肪干细胞（adipose-derived stem cells, ADSCs）进行培养。成纤维细胞和ADSCs分别通过滴落法和悬滴法形成球体（spheroids）。ADSCs球体进一步分化为前脂肪细胞（pre-adipocytes）和成熟脂肪细胞（adipocytes）。
2. 纤维蛋白凝胶形成与球体共培养
研究使用牛纤维蛋白原（bovine fibrinogen）和凝血酶（thrombin）制备纤维蛋白凝胶（fibrin gels），并将成纤维细胞、前脂肪细胞和脂肪细胞球体两两配对共培养。共培养系统通过时间推移成像（time-lapse imaging）观察细胞迁移和胶原沉积（collagen deposition）。
3. 荧光标记与显微镜成像
细胞在共培养前用Alexa Fluor 647标记的麦胚凝集素（wheat germ agglutinin, WGA）或CellTracker Red标记。胶原沉积通过CNA35标记的荧光蛋白进行可视化。共培养系统在Nikon Ti-E2 A1共聚焦显微镜下连续成像7天。
4. 蛋白质组学分析
研究使用液相色谱-串联质谱（liquid chromatography-tandem mass spectrometry, LC-MS/MS）分析不同球体组合产生的ECM蛋白。蛋白质数据通过MaxQuant软件进行分析，并根据Gene Ontology和Matrisome Project进行分类。
主要结果
1. 胶原沉积的观察
研究发现，成纤维细胞球体在纤维蛋白凝胶上迁移并沉积胶原，胶原沉积主要集中在球体之间对齐的纤维区域。脂肪细胞球体与成纤维细胞共培养后，胶原沉积在脂肪细胞球体周围更为显著。
2. ECM蛋白的差异产生
LC-MS/MS分析显示，不同球体组合产生的ECM蛋白组成显著不同。成纤维细胞与前脂肪细胞共培养（FP）产生的胶原最多，其次是脂肪细胞与脂肪细胞共培养（AA）。成纤维细胞与成纤维细胞共培养（FF）产生的胶原最少。
3. 基底膜蛋白的差异
脂肪细胞球体（AA）产生的基底膜蛋白（basement membrane proteins）种类最多，而共培养脂肪细胞与成纤维细胞（FA）或前脂肪细胞（PA）后，某些基底膜蛋白的表达降低。
结论
研究表明，脂肪细胞谱系细胞与成纤维细胞的相互作用显著影响ECM蛋白的产生和组成。特别是，前脂肪细胞与成纤维细胞共培养能够显著增加胶原的产生，而脂肪细胞与成纤维细胞共培养则抑制某些基底膜蛋白的表达。这些发现为开发基于脂肪组织的治疗策略提供了新的思路，可能有助于改善伤口愈合和减少疤痕形成。
研究亮点
- 重要发现：脂肪细胞谱系细胞与成纤维细胞的相互作用显著影响ECM蛋白的产生，特别是前脂肪细胞与成纤维细胞共培养能够显著增加胶原沉积。
- 方法创新：研究使用了3D球体共培养系统和时间推移成像技术，结合LC-MS/MS分析，全面揭示了细胞间相互作用对ECM蛋白组成的影响。
- 应用价值：研究结果为开发基于脂肪组织的治疗策略提供了科学依据，可能有助于改善伤口愈合和减少疤痕形成。
其他有价值的信息
研究还发现，脂肪细胞球体在纤维蛋白凝胶上表现出更高的稳定性，细胞迁移较少，这可能与脂肪细胞球体产生的基底膜蛋白有关。此外，研究还揭示了不同胶原类型（如I型、III型和VI型胶原）在伤口愈合中的潜在作用。
该研究通过系统的实验设计和先进的分析技术，深入探讨了脂肪细胞谱系细胞与成纤维细胞的相互作用及其对ECM蛋白产生的影响，为未来的临床应用提供了重要的科学依据。