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空间转录组赋能全组织荧光成像技术应用于血管介入治疗

2026-04-21     来源:本站     点击次数:26

血管介入治疗(如血管成形术、搭桥手术)后常发生血管再狭窄,其核心病理特征是新生内膜增生。长期以来,驱动此过程的细胞与分子机制尚未完全阐明。近日,一项发表于《自然通讯》的研究揭示,血管外膜中一类表达Tenascin C的肌成纤维细胞,通过驱动一条“成纤维细胞-神经-巨噬细胞”轴心,是加剧血管损伤后病理性重塑的关键机制。

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该研究由Xinran Tong, Guangzheng Shi, Zilong Fang等研究者共同完成,论文题为“Tenascin C+ myofibroblasts exacerbate vascular neointimal hyperplasia by propagation of nerve-macrophage interactions in mice”,于2026年1月在《Nature Communications》期刊上在线发表。

重要发现
01鉴定出驱动新生内膜增生的关键细胞亚群:Tnc+肌成纤维细胞
研究者首先建立了小鼠颈动脉结扎诱导的新生内膜增生模型。通过单细胞RNA测序技术,他们对正常与损伤后的颈动脉细胞进行了全景式分析,并成功在诱导性成纤维细胞集群中,识别出一个特殊的亚群。这个亚群不仅高表达肌成纤维细胞的经典标志物(如α-SMA和Periostin),还特异性高表达细胞外基质糖蛋白Tenascin C,因此被定义为Tnc阳性肌成纤维细胞。

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结扎诱导新内膜增生后,颈动脉成纤维细胞(AFs)衍生的 Tenascin-C 阳性肌成纤维细胞(Tnc⁺ MFs)的出现

为了在空间和动态层面验证这群细胞的来源与分布,研究团队运用了谱系示踪技术。他们利用PDGFRαDreER-tdTomato小鼠,在注射他莫昔芬后,可特异性永久标记血管外膜成纤维细胞及其后代。结合三维全组织免疫荧光成像技术,对完整血管进行透明化处理及多重染色,结果直观显示:在损伤的血管中,大量被标记的tdTomato阳性细胞(即来源于外膜成纤维细胞)分化成了高表达POSTN和TNC的肌成纤维细胞,并大量聚集在增厚的新生内膜和纤维化的外膜中。这一系列成像结果,在三维空间内直接证实了外膜成纤维细胞是损伤部位Tnc+肌成纤维细胞的主要来源。

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中单因素方差分析(ANOVA)结合Tukey多重比较检验

02揭示TNC驱动肌成纤维细胞分化的自分泌正反馈环路
机制探索发现,TNC不仅是肌成纤维细胞的一个标志物,更是驱动其分化的关键因子。在体外实验中,无论是用经典的诱导因子TGF-β1刺激原代外膜成纤维细胞,还是直接让其过表达Tnc,都能有效诱导其分化为Tnc+α-SMA+的肌成纤维细胞。反之,利用小干扰RNA敲低成纤维细胞中的Tnc,或使用成纤维细胞特异性Tnc条件性敲除小鼠,则会显著削弱TGF-β1诱导的肌成纤维细胞分化。

进一步研究揭示了其背后的分子机制:分化后的肌成纤维细胞会分泌TNC,这些分泌到细胞外的TNC,通过激活周围外膜成纤维细胞表面的整合素αvβ1,进而启动细胞内信号,推动更多成纤维细胞向肌成纤维细胞转化。这就形成了一个“TNC分泌-TNC受体激活-更多TNC+肌成纤维细胞产生”的自分泌正反馈环路,不断放大肌成纤维细胞的积累,为血管重塑提供了持续的细胞基础。

03描绘损伤血管中神经-免疫细胞的异常共定位与互作
单细胞测序的基因集富集分析提示,Tnc+肌成纤维细胞高表达与轴突导向相关的基因,暗示其具有调节神经生长的潜能。通过βIII-tubulin对神经纤维进行染色,研究发现损伤的颈动脉及其周围出现了显著的异常神经生长。利用Nav1.8-tdTomato特异性标记伤害性感觉神经元,并结合三维全组织成像,可以清晰看到这些异常增生的感觉神经纤维与tdTomato标记的成纤维细胞在空间上紧密相邻。

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结扎颈动脉NIH区域中Tnc+肌成纤维细胞与神经和巨噬细胞紧密相邻

与此同时,免疫荧光分析显示,损伤血管外膜中募集的巨噬细胞(CD68+)数量显著增加,其中促炎的M1型巨噬细胞(CD68+CD11c+)尤为突出。更为关键的是,研究人员观察到了突触标志物Synapsin与巨噬细胞在损伤部位的共定位。这些空间成像证据共同描绘了一幅生动的画面:在新生内膜增生区域,活化的成纤维细胞/肌成纤维细胞、异常增生的感觉神经末梢以及募集的巨噬细胞,三者构成了一个复杂的毗邻互作网络。

04阐明“TNC-神经-巨噬细胞”轴心的具体作用机制
为解析该网络的内在联系,研究进行了系列体外共培养实验。将背根神经节神经元与外膜成纤维细胞共培养发现,经TGF-β预处理或TNC刺激过的成纤维细胞,能显著促进神经元的轴突生长。而利用树脂毒素特异性消融感觉神经元,或在成纤维细胞中条件性敲除Tnc,则能在体内有效减轻颈动脉的异常神经支配、巨噬细胞浸润以及新生内膜增生本身。这表明,成纤维细胞来源的TNC是驱动异常神经生长的上游信号,而感觉神经元是TNC下游的关键效应器。

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成纤维细胞特异性条件性敲除Tnc可减轻结扎诱导的新内膜形成(NIH)和血管炎症

那么,被招募来的感觉神经又如何影响巨噬细胞呢?机制深挖发现,被激活的感觉神经元会大量分泌趋化因子CCL2。在体外,神经元条件培养基可吸引巨噬细胞迁移,此效应在敲低神经元的CCL2后消失。在体内,损伤血管的神经纤维密集区同样高表达CCL2,且敲除Tnc或消融感觉神经元均可降低血管局部的CCL2水平及巨噬细胞数量。这些被CCL2招募而来的巨噬细胞,进而释放促炎因子IL-1β和促纤维化因子TGF-β1,形成一个持续的炎症微环境,最终加速平滑肌细胞迁移、增殖等病理过程,推动新生内膜增厚。

05临床相关性验证
研究的临床意义部分通过人源样本得到加强。对患有腘动脉栓塞、颈动脉内膜增生等疾病的人体血管标本进行检测,同样观察到了显著的异常神经纤维分布和巨噬细胞浸润。这有力地表明,小鼠模型中发现的“TNC-神经-巨噬细胞”轴心机制,在人类血管增生性疾病中很可能同样存在并发挥重要作用。
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经RTX处理的cKO或flox小鼠在接受NIH处理后,其AF来源的Tnc+巨噬细胞(MF)与发炎的颈动脉以及假手术颈动脉中的神经发生相互作用

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周围神经在神经炎性高反应性(NIH)中分泌CCL2以招募巨噬细胞

创新与亮点
本研究最突出的成像技术亮点在于,整合空间转录组学与三维全组织荧光成像,实现了对复杂细胞互作网络的“定位”与“定性”双重解析。传统的组织切片染色丢失了三维空间信息,而本研究采用的组织透明化与三维全组织免疫荧光染色技术,首次在完整血管中直观呈现了成纤维细胞、神经纤维、巨噬细胞三者在病理状态下的空间毗邻关系,为“细胞社会”互作提供了最直接的视觉证据。

它所突破的核心难题,是在复杂的血管重塑微环境中,厘清了不同细胞类型间动态、有序的“对话”链条。研究不仅发现了Tnc+肌成纤维细胞这一关键枢纽细胞,更利用条件性基因敲除、药理学干预等多种手段,清晰地证明了“成纤维细胞释放TNC → 刺激感觉神经异常增生与CCL2分泌 → 招募并激活巨噬细胞 → 放大炎症与纤维化”这一线性因果关系,将零散的细胞事件串联成一条完整的致病轴心。

在实际应用价值上,该研究为光学生物医疗领域提供了新的精准干预靶点与策略。TNC作为一个主要在病理状态下高表达的分子,是理想的治疗靶标。针对TNC或其下游整合素αvβ1的抑制剂,或利用光学技术(如近红外二区荧光成像)对TNC进行在体可视化监测,有望实现对血管再狭窄的早期诊断与精准治疗。此外,该研究揭示的神经免疫调控机制,为治疗其他与神经源性炎症相关的纤维化疾病(如心肌纤维化、肺纤维化)也带来了新的思路。

总结与展望
本研究系统性地揭示,血管损伤后,外膜成纤维细胞分化产生的Tnc+肌成纤维细胞,通过建立一条“成纤维细胞-神经-巨噬细胞”轴心,驱动了持续的炎症与病理性血管重塑。TNC处于该轴心的起始环节,是连接组织重塑、神经异常支配和免疫炎症三大病理过程的核心枢纽分子。

未来,靶向TNC或其信号通路,有望成为预防血管介入术后再狭窄的新策略。同时,该研究范式提示,在心血管疾病、纤维化疾病等领域,深入探索基质细胞、神经系统与免疫系统的三方对话,将有助于发现更广泛的疾病机制和治疗新靶点。

论文信息
声明:本文仅用作学术目的。
Tong X, Shi G, Fang Z, Tang S, Zhou B, Meng Q, Zhang P, Li H, Cai X, Wang Z, Zheng X, Chen W, Jiang G, Wang H, Jiang D, Li Q. Tenascin C+ myofibroblasts exacerbate vascular neointimal hyperplasia by propagation of nerve-macrophage interactions in mice. Nat Commun. 2026 Jan 30;17(1):2199.

DOI:10.1038/s41467-026-69062-3.

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