Circulation | 南模生物助力揭示平滑肌细胞对主动脉疾病的起源依赖性易感性
2025年2月10日，中国科学院分子细胞科学卓越创新中心周斌课题组、上海交通大学医学院附属胸科医院何奔教授团队与复旦大学医学院附属中山医院王利新教授团队合作的最新研究成果“Exploring Origin-Dependent Susceptibility of Smooth Muscle Cells to Aortic Diseases Through Intersectional Genetics”发表在Circulation期刊（IF=35.5）。
该研究利用Cre-loxP和Dre-rox的双同源重组酶，开发了系统性的交叉遗传示踪新技术，成功实现了对主动脉不同发育起源平滑肌细胞（SMCs）的精准谱系示踪和遗传靶向。这一成果不仅为探索来源依赖性或位置特异性主动脉血管相关疾病提供了新的技术，同时能够全面分析不同发育起源的SMC细胞亚群对病理的影响，理解主动脉疾病的发病机制和开发针对性治疗方法提供了新的平台。
南模生物为该研究提供了Isl1-Dre（目录号：NM-KI-200177）、Wnt1-Dre（目录号：NM-KI-200176）、Upk3b-Dre（目录号：NM-KI-200175）、Myh11-RSR-CreER、以及Myh11-C
rexER小鼠模型。
主动脉瘤是一种主要的血管疾病，发病突然，死亡率高，对人类的生命和健康构成严重威胁。SMCs是主动脉的主要细胞成分，它们不仅参与血管的收缩和舒张，还在维持血管结构的完整性方面发挥着重要作用。近年来，许多细胞谱系追踪研究表明，不同血管或同一血管的不同段落由来自不同祖细胞的SMC群体组成，每种群体都有其独特的谱系和发育历史。例如，主动脉的升段和降段的SMCs可能来自不同的祖细胞。这种异质性在血管系统中表现为一种镶嵌模式，即在同一个动脉树中存在不同的SMC亚型。SMCs之间的发育多样性在细分特异性主动脉疾病中起着至关重要的作用。但是，传统的遗传方法不足以实现与细胞起源相关的疾病易感性的体内分析。因此，研究者们迫切需要建立针对不同发育起源的遗传技术，以研究主动脉疾病的机制。
首先，该研究工作分别利用了Isl1启动子构建了Isl1-Dre的工具小鼠用于标记第二心场（SHF）起源的所有细胞、利用Wnt1启动子构建了Wnt1-Dre的工具小鼠用于标记心脏神经嵴（CNC）起源的所有细胞、利用Meox1启动子构建了Meox1-DreER的工具小鼠用于标记体节中胚层（Som）起源的所有细胞，以及利用Upk3b启动子构建了Upk3b-Dre的工具小鼠用于标记间皮（Mes）起源的所有细胞。
为实现对不同发育起源平滑肌细胞更特异性的遗传靶向示踪，研究人员进一步利用双同源重组的交叉遗传学示踪技术，使Myh11-RSR-CreER与Myh11-CrexER工具小鼠结合以上四个靶向不同发育起源的Dre工具小鼠，将CreER或Cre的表达限定在Dre启动子基因与Myh11基因同时表达的细胞中。用于定位升主动脉的SMCs工具鼠被命名为SHF-SMC-CreER，用于定位主动脉弓处的心脏神经嵴起源的平滑肌细胞的小鼠模型被命名为CNC-SMC-CreER，用于定位体节的降主动脉上的平滑肌细胞的小鼠模型被命名为Som-SMC-CreER，用于定位发育起源来自间皮且定位于内脏器官上的平滑肌细胞的小鼠模型被命名为Mes-SMC-CreER，通过灵活运用这四个小鼠模型工具，研究者们实现了对不同发育起源平滑肌细胞的特异性示踪。
Fig.1 Generation and characterization of Myh11-RSR-CreER and Myh11-CrexER mice.
TGF-β信号通路对组织稳态和疾病至关重要，在主动脉壁的结构完整性和功能调控中也发挥的关键作用，影响着在动脉瘤发病机制中起关键作用的细胞行为，被认为是导致SHF衍生细胞易患血管病变的原因之一。为了探究TGF-β信号通路在不同发育起源SMCs相关主动脉疾病中的作用，研究者们分别用SHF-SMC-CreER工具在第二心场起源的SMCs中敲除Tgfbr2基因。与对照组小鼠相比，实验组小鼠升主动脉壁的稳态被破坏，动脉瘤的形成加快。这些数据表明，SHF（第二心场）来源的平滑肌细胞（SMCs）中TGF-β信号通路对升主动脉瘤具有保护作用。
Smad4是TGF-β信号通路的核心调节器，SMAD蛋白作为下游效应分子，能够将TGF-β信号传递至细胞核，调控目标基因的表达。使用CNC-SMC-Cre的遗传靶向工具特异性的在心脏神经嵴起源的SMCs中敲除Smad4基因后，发现几乎所有的实验组小鼠中都观察到主动脉瘤的表型。研究人员又通过单细胞测序技术对Smad4-CNC-SMCKO小鼠和Smad4-CNC-SMCCtrl对照组小鼠的主动脉弓和降主动脉分别进行了无偏差的转录组分析，发现Smad4-CNC-SMCKO组小鼠的主动脉弓（AA）组与其他三个对照组之间存在明显的细胞群体差异。研究者们在Smad4-CNC-SMCKO的AA实验组中观察到一群独特的调节型SMCs群，出现典型SMCs标记物的表达降低，同未成熟标记物的表达增加。这些结果表明，主动脉弓中Smad4基因的敲除会导致SMCs向调节型细胞转变，使其典型SMC表型减少，并呈现纤维肌细胞特征，可能与主动脉弓的病理变化密切相关。
Fig.2 Genetation of origin-dependent SMC genetic tools using intersectional genetics.
随着单细胞RNA测序技术的发展，结合本文所述的交叉遗传学策略，可通过特异性标记物进一步研究异质性细胞群体的功能，从而深化对复杂细胞群体的理解。本研究开发的双重组酶介导交叉遗传学方法，实现了对不同发育来源SMC的谱系追踪和基因操作的精准靶向。该遗传学系统不仅提高了实验结果的准确性，还大幅降低了干扰数据解读的混杂变量风险。这一精密的遗传学策略将加速靶向治疗的研发进程，有望推动主动脉疾病诊疗技术的革新。
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