SFRP4

引言 成纤维细胞在组织中维持细胞外基质（ECM）的结构，在组织损伤后，会出现新的成纤维细胞亚群，这些细胞在组织修复中起重要作用，但在慢性疾病中可能导致病理性纤维化【1-3】。促纤维化成纤维细胞具有高表达α-SMA的特征，最新的研究发现CTHRC1是更特异的标志物，可以用于识别在肺纤维化和其他纤维化疾病中产生高水平ECM蛋白的成纤维细胞【4, 5】。然而，驱动纤维化疾病的成纤维细胞来源仍存在争议。目前，大量的纤维化组织scRNA-seq数据否定了来自其他组织和细胞的可能性。同样利用scRNA-seq的研究发现在健康组织中存在不同转录特征和解剖位置的多种成纤维细胞亚群，谱系追踪认为促纤维化成纤维细胞可能起源于高表达Pi16的外膜成纤维细胞；然而另一项研究则发现肺泡损伤反应中主要是来源于肺泡成纤维细胞。由于损伤诱导的促纤维化成纤维细胞的来源和功能仍不清楚，因此不同亚群在健康和受损组织中的特定功能需要渗入研究。 近日，来自美国加州大学旧金山分校的Dean Sheppard课题组在Nature上发表了研究论文Alveolar fibroblast lineage orchestrates lung inflammation and fibrosis。在本研究中，作者通过scRNA-seq和谱系追踪探究了健康肺部和肺损伤后肺泡成纤维细胞的命运和作用，提供了详细的区分肺泡成纤维细胞亚群的标志物。 之前报道的标记肺成纤维细胞的标志物无法充分区分健康肺中存在的多个成纤维细胞亚群，这些亚群在肺泡、外膜和支气管周围区域具有不同的定位。为了特异性标记肺泡成纤维细胞，作者首先研究了仅在定位于肺泡区域的成纤维细胞亚群中表达的Scube2作为特异性标记物的可能性。通过将Scube2-creER小鼠与报告小鼠杂交，进行谱系分析和全肺成像等方法，作者发现Scube2可以用于特异性标记肺泡成纤维细胞。研究发现，标记的肺泡成纤维细胞主要集中在肺泡区域，并与肺泡2型（AT2）上皮细胞紧密相邻，这些标记的肺泡成纤维细胞在支持AT2上皮细胞生长方面起重要作用。在肺部受到通过博来霉素引起的损伤时，消除这些成纤维细胞会导致更严重的炎症反应，IL-17a炎症细胞因子水平升高，加剧体重下降和死亡率。这些结果表明，肺泡成纤维细胞在保持上皮稳态和肺损伤后防止过度炎症反应方面起着关键作用。 接下来，作者利用scRNA-seq分析了肺损伤后肺泡成纤维细胞的命运。研究发现，在肺损伤后出现了四种新的成纤维细胞亚群：纤维化成纤维细胞（高表达与病理性细胞外基质相关的基因）；炎症性成纤维细胞（表达趋化因子和炎症相关基因）；应急激活成纤维细胞（表达细胞周期停滞和应激相关基因）以及增殖成纤维细胞（与细胞增殖相关的基因表达增加）。在肺损伤后，炎症性成纤维细胞在早期被诱导分化，稍后出现纤维化成纤维细胞，并且炎症性成纤维细胞可能是其前体。重要的是，作者发现炎症细胞因子IL-1β可以在体外诱导炎症性成纤维细胞标志物表达，而TGFβ1可以促进纤维化成纤维细胞的形成。 随后，作者通过分析人类肺组织scRNA-seq数据来验证在小鼠中的这些发现。他们鉴定了两个之前未被识别的炎症相关成纤维细胞亚群，这些细胞亚群在特发性肺纤维化（IPF）和硬皮病样本中非常常见。并且，确定了纤维化成纤维细胞可以用COL1A1和CTHRC1标记，主要在纤维化病灶中富集；炎症性成纤维细胞亚群1标记为SFRP2和CCL2，主要位于纤维化病灶附近；另外一种炎症性成纤维细胞亚群2标记为SFRP4和CXCL14，主要在纤维化病灶的间质侧。这些结果表明，人类肺中存在类似于小鼠的肺泡、炎症和纤维化成纤维细胞的变化过程。 文章的最后，作者进一步对CTHRC1+纤维化成纤维细胞肺损伤后的作用进行研究。研究发现，在肺损伤后CTHRC1+成纤维细胞出现在肺泡区域，并与新的胶原沉积区紧密相连。这些细胞具有很强的迁移能力，能够穿过基底膜进入肺泡腔，并在损伤区域形成新的纤维化病灶。通过消除CTHRC1+成纤维细胞，可以显著减少肺纤维化的程度。因此，CTHRC1+成纤维细胞在肺损伤后的新生纤维化中起着重要作用。此外，通过敲除TGFβ的受体Tgfbr2来阻断TGFβ信号，作者还发现TGFβ信号是肺纤维化过程中纤维化成纤维细胞形成的核心驱动因素，并且在抑制成纤维细胞驱动的炎症反应中也发挥着重要作用。 总的来说，这篇文章揭示了肺泡成纤维细胞谱系在维持正常肺泡稳态和协调肺损伤后纤维化过程中的多重作用，阐明了肺损伤使促纤维化成纤维细胞的发展轨迹，为肺纤维化的治疗目标提供新的见解。 参考文献 1. Plikus, M. V. et al. Fibroblasts: origins, definitions, and functions in health and disease. Cell 184, 3852–3872 (2021). 2. Hinz, B. & Lagares, D. Evasion of apoptosis by myofibroblasts: a hallmark of fibrotic diseases. Nat. Rev. Rheumatol. 16, 11–31 (2020). 3. Henderson, N. C., Rieder, F. & Wynn, T. A. Fibrosis: from mechanisms to medicines. Nature 587, 555–566 (2020). 4. Buechler, M. B. et al. Cross-tissue organization of the fibroblast lineage. Nature 593, 575–579 (2021). 5. Tsukui, T. et al. Collagen-producing lung cell atlas identifies multiple subsets with distinct localization and relevance to fibrosis. Nat. Commun. 11, 1920 (2020). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07660-1 责编|探索君 排版|探索君 文章来源|“BioArt” End 往期精选 围观 一文读透细胞死亡(Cell Death) | 24年Cell重磅综述（长文收藏版） 热文 Cell | 是什么决定了细胞的大小？ 热文 Nature | 2024年值得关注的七项技术 热文 Nature | 自身免疫性疾病能被治愈吗？科学家们终于看到了希望 热文 CRISPR技术进化史 | 24年Cell综述

衰老是一种机体组织、器官、细胞多维度稳态失衡、功能退化的过程，其诱因复杂、表现多样，使人们对衰老的研究需要利用各种模型来模拟人体生理、病理过程，以此来揭示衰老机制，指导抗衰老策略。衰老的特征（Front. Cell Dev. Biol. 2022）体外模型类型特征复制性衰老：RS复制衰老模型饱和密度降低，细胞表面积、体积增加，细胞周期停滞，端粒缩短。化疗诱导衰老：CIS羟基脲诱导ROS增加，细胞增殖减少。Aβ1-42寡聚体AD模型ROS增加，PAI-1和p21的mRNA水平升高，SIRT1水平降低。D-半乳糖诱导ROS增加，炎症水平升高，p16、p21、p53基因表达增加，NRF2、HO-1减少。阿霉素诱导（DAN拓扑异构酶抑制剂）细胞周期停滞，DNA损伤增加，端粒缩短，p16lnk4a基因表达增加。Palbociclib诱导（CDK4/CDK6抑制剂）G0/G1停滞，细胞生长停滞Rb蛋白表达减少，IL-6、IL-8、CXCL1分泌增加。应激诱导早衰：SIPSX射线诱导不可逆的G1周期停滞，DNA损伤，IL-1β、IL-6、IL-8分泌增加紫外线（UVB）诱导生长停滞，线粒体DNA缺失衰老相关基因表达增加。H2O2诱导G1期停滞，端粒缩短，p21、gadd45基因表达增加t-BHP诱导生长停滞，线粒体DNA 4977-bp片段缺失，p21waf-1过度表达，Rb蛋白磷酸化受阻，衰老基因表达增加。乙醇诱导生长停滞，线粒体DNA 4977-bp片段缺失，p21waf-1过度表达，pRb无法磷酸化衰老相关基因表达增加。高氧诱导G1期停滞，端粒缩短，蛋白降解增加，脂褐质/蜡样质积累。癌基因诱导衰老：OISMos-过表达模型生长停滞，DNA损伤，p16INK4a上调，SA-β-gal阳性染色增加。B-RAF V600E模型细胞周期停滞，p16INK4a上调，SA-β-gal阳性染色增加。H-RAS G12V模型p16INK4a上调，Rb磷酸化程度降低，SA-β-gal阳性染色增加。抑制DNA甲基转移酶5-aza-2'-脱氧胞苷诱导模型生长抑制，p16表达增加，p53表达减少。抑制端粒酶活性SYUIQ-5诱导生长抑制，p16、p21、p27表达增加。细胞周期蛋白E过表达细胞周期停滞，DNA损伤增加。IMR90 ER: RAS模型生长停滞，衰老相关分泌表型（SASP）标志物表达增加。来自老年捐赠者具有衰老表型的iPSC衍生神经元来自老年供体的iPSC衍生神经元，具有衰老相关基因表达。具有衰老表型的诱导神经元来自老年供体成纤维细胞，具有年龄更依赖型转录组特征。体内模型类型特征快速衰老模型SAMPSAMP6：老年骨质疏松模型骨形成减少，骨髓脂肪增加，PPARγ、Sfrp4表达增加。SAMP8：AD模型年龄相关的学习、记忆障碍，Aβ沉积，自噬功能异常。SAMP10：神经退行性病变自发性大脑退化，学习、记忆、情绪障碍。理化因素诱导模型D-半乳糖ROS增加，炎性水平升高，线粒体功能障碍，细胞凋亡增加，p21、p53基因表达上调。AICI3认知功能显著降低，短期记忆受损、焦虑加剧、空间和参考记忆下降。D-半乳糖+AICI3记忆缺陷，神经元损伤，海马区caspase-3过度表达。D-半乳糖+NaNO2认知、记忆障碍，氧化应激增加，海马CA1、CA3、CA4区神经元损伤，精子质量下降，睾丸形态恶化。铁辐射感应持续性DNA损伤反应，SASP标记增加，IL-8产生增加。O3诱导胸腺萎缩，体重减轻，探索活性减少，氧化损伤增加。Wrn基因敲除：Werner综合征Wrn-/-，Trec-/-白发，脱发，白内障，骨质疏松，T2D，端粒缩短。Wrn△hel/△hel严重的心脏间质纤维化，胰岛素抵抗，高甘油三酯血症，癌症发病率增加，ROS增加，DNA损伤增加。Lmn突变：HGPSLmna L530P/L530P严重生长迟缓，脱发，骨质疏松，肌肉萎缩。Lmna HG/+生长缓慢，骨质疏松，脱发，偏脂营养不良。lmna G609G/G609G不孕，体重减轻，生长迟缓，脊柱弯曲，血管钙化，骨密度降低，胰岛素样生长因子减少。Zmpste24 -/-严重生长迟缓，扩张性心肌病，脂肪营养不良，肌肉营养不良，过早死亡。其他基因相关模型BubR1 H/H大脑胶质增生、白内障、心率失常，皮肤变薄，血管弹性降低，纤维化受损。Ndufs4 -/-利氏综合征相关神经退行性改变，嗜睡，共济失调，体重减轻，过早死亡。ERCC1 -/-ERCC1 △/-生长迟缓，共济失调，视力丧失，小脑发育不全，脑病，肾功能衰竭。Sod1 -/-白内障，听力丧失，皮肤变薄，脂质代谢紊乱，伤口愈合缺陷。Klotho -/-心血管损伤，动脉硬化，皮肤萎缩，肺气肿Xpd TTD/TTD骨质疏松，骨质硬化，脊柱后凸，恶病质，白发，不育，寿命缩短。mtDNA Polγ突变（PolG）体重减轻，脱发，听力丧失，骨密度的降低，贫血，心肌病。PolgA mut/mut骨质疏松，脊柱侧弯，贫血，心脏增大，生育能力降低。Nfkb1 -/-骨质疏松，脊柱后凸，骨质疏松，组织炎症，中枢神经系统神经胶质增生，寿命缩短。Terc -/-器官功能受损，组织萎陷，生育能力降低，寿命缩短。3xTg-ADAD模型记忆障碍，认知缺陷，突触功能障碍，海马神经元异常兴奋，淀粉样斑块和p-Tau沉积。Tg2576AD模型认知障碍，记忆丧失，氧化性脂质损伤，大脑炎症。长寿动物裸鼹鼠寿命长，健康，死亡率低。涡虫DNA修复机制高效，端粒酶活性强，具有非常好的再生能力，被认为是永生的。蝾螈‍清除衰老细胞能力、再生能力强。乌龟ROS清除速度快，端粒酶活性强，DNA修复机制高效。转基因延缓衰老Ames侏儒鼠，Prop1 df/dfProp1基因隐性点突变，垂体发育受损，体型变小，PI3K-Akt-mTOR通路下调。Snel侏儒鼠，Pit1 dw/dwPit1基因自发突变，垂体发育受损，体型变小，免疫衰老减少。参考资料Carrasco, E. et al. The role of T cells in age-related diseases. Nat. Rev. Immunol. 22, 97–111 (2022).decline in ageing. Nature 590, 122–128 (2021). 56. Brauning, A. et al. Aging of the immune system: focus on natural killer cells phenotype and functions. Cells 11, 1017 (2022)Franco, A. C., Aveleira, C. & Cavadas, C. Skin senescence: mechanisms and impact on whole-body aging. Trends Mol. Med. 28, 97–109 (2022). Sabbatini, M. et al. Aging hampers neutrophil extracellular traps (NETs) efficacy. Aging Clin. Exp. Res. 34, 2345–2353 (2022)Li, X., Li, C., Zhang, W. et al. Inflammation and aging: signaling pathways and intervention therapies. Sig Transduct Target Ther 8, 239 (2023). https://doi.org/10.1038/s41392-023-01502-8 van de Wal, M. A. E. et al. Ndufs4 knockout mouse models of Leigh syndrome: pathophysiology and intervention. Brain 145, 45–63 (2022).Davies DM, van den Handel K, Bharadwaj S and Lengefeld J (2022), Cellular enlargement - A new hallmark of aging? Front. Cell Dev. Biol. 10:1036602. doi: 10.3389/fcell.2022.1036602·········点亮在看，传递信息♥