2025年2月10日，中國科學(xué)院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心周斌課題組、上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬胸科醫(yī)院何奔教授團隊與復(fù)旦大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬中山醫(yī)院王利新教授團隊合作的最新研究成果“Exploring Origin-Dependent Susceptibility of Smooth Muscle Cells to Aortic Diseases Through Intersectional Genetics”發(fā)表在Circulation期刊（IF=35.5）。

該研究利用Cre-loxP和Dre-rox的雙同源重組酶，開發(fā)了系統(tǒng)性的交叉遺傳示蹤新技術(shù)，成功實現(xiàn)了對主動脈不同發(fā)育起源平滑肌細(xì)胞（SMCs）的精準(zhǔn)譜系示蹤和遺傳靶向。這一成果不僅為探索來源依賴性或位置特異性主動脈血管相關(guān)疾病提供了新的技術(shù)，同時能夠全面分析不同發(fā)育起源的SMC細(xì)胞亞群對病理的影響，理解主動脈疾病的發(fā)病機制和開發(fā)針對性治療方法提供了新的平臺。

南模生物為該研究提供了Isl1-Dre（目錄號：NM-KI-200177）、Wnt1-Dre（目錄號：NM-KI-200176）、Upk3b-Dre（目錄號：NM-KI-200175）、Myh11-RSR-CreER、以及Myh11-CrexER小鼠模型。

主動脈瘤是一種主要的血管疾病，發(fā)病突然，死亡率高，對人類的生命和健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅。SMCs是主動脈的主要細(xì)胞成分，它們不僅參與血管的收縮和舒張，還在維持血管結(jié)構(gòu)的完整性方面發(fā)揮著重要作用。近年來，許多細(xì)胞譜系追蹤研究表明，不同血管或同一血管的不同段落由來自不同祖細(xì)胞的SMC群體組成，每種群體都有其獨特的譜系和發(fā)育歷史。例如，主動脈的升段和降段的SMCs可能來自不同的祖細(xì)胞。這種異質(zhì)性在血管系統(tǒng)中表現(xiàn)為一種鑲嵌模式，即在同一個動脈樹中存在不同的SMC亞型。SMCs之間的發(fā)育多樣性在細(xì)分特異性主動脈疾病中起著至關(guān)重要的作用。但是，傳統(tǒng)的遺傳方法不足以實現(xiàn)與細(xì)胞起源相關(guān)的疾病易感性的體內(nèi)分析。因此，研究者們迫切需要建立針對不同發(fā)育起源的遺傳技術(shù)，以研究主動脈疾病的機制。

首先，該研究工作分別利用了Isl1啟動子構(gòu)建了Isl1-Dre的工具小鼠用于標(biāo)記第二心場（SHF）起源的所有細(xì)胞、利用Wnt1啟動子構(gòu)建了Wnt1-Dre的工具小鼠用于標(biāo)記心臟神經(jīng)嵴（CNC）起源的所有細(xì)胞、利用Meox1啟動子構(gòu)建了Meox1-DreER的工具小鼠用于標(biāo)記體節(jié)中胚層（Som）起源的所有細(xì)胞，以及利用Upk3b啟動子構(gòu)建了Upk3b-Dre的工具小鼠用于標(biāo)記間皮（Mes）起源的所有細(xì)胞。

為實現(xiàn)對不同發(fā)育起源平滑肌細(xì)胞更特異性的遺傳靶向示蹤，研究人員進一步利用雙同源重組的交叉遺傳學(xué)示蹤技術(shù)，使Myh11-RSR-CreER與Myh11-CrexER工具小鼠結(jié)合以上四個靶向不同發(fā)育起源的Dre工具小鼠，將CreER或Cre的表達限定在Dre啟動子基因與Myh11基因同時表達的細(xì)胞中。用于定位升主動脈的SMCs工具鼠被命名為SHF-SMC-CreER，用于定位主動脈弓處的心臟神經(jīng)嵴起源的平滑肌細(xì)胞的小鼠模型被命名為CNC-SMC-CreER，用于定位體節(jié)的降主動脈上的平滑肌細(xì)胞的小鼠模型被命名為Som-SMC-CreER，用于定位發(fā)育起源來自間皮且定位于內(nèi)臟器官上的平滑肌細(xì)胞的小鼠模型被命名為Mes-SMC-CreER，通過靈活運用這四個小鼠模型工具，研究者們實現(xiàn)了對不同發(fā)育起源平滑肌細(xì)胞的特異性示蹤。
 

Fig.1 Generation and characterization of Myh11-RSR-CreER and Myh11-CrexER mice.

TGF-β信號通路對組織穩(wěn)態(tài)和疾病至關(guān)重要，在主動脈壁的結(jié)構(gòu)完整性和功能調(diào)控中也發(fā)揮的關(guān)鍵作用，影響著在動脈瘤發(fā)病機制中起關(guān)鍵作用的細(xì)胞行為，被認(rèn)為是導(dǎo)致SHF衍生細(xì)胞易患血管病變的原因之一。為了探究TGF-β信號通路在不同發(fā)育起源SMCs相關(guān)主動脈疾病中的作用，研究者們分別用SHF-SMC-CreER工具在第二心場起源的SMCs中敲除Tgfbr2基因。與對照組小鼠相比，實驗組小鼠升主動脈壁的穩(wěn)態(tài)被破壞，動脈瘤的形成加快。這些數(shù)據(jù)表明，SHF（第二心場）來源的平滑肌細(xì)胞（SMCs）中TGF-β信號通路對升主動脈瘤具有保護作用。

Smad4是TGF-β信號通路的核心調(diào)節(jié)器，SMAD蛋白作為下游效應(yīng)分子，能夠?qū)GF-β信號傳遞至細(xì)胞核，調(diào)控目標(biāo)基因的表達。使用CNC-SMC-Cre的遺傳靶向工具特異性的在心臟神經(jīng)嵴起源的SMCs中敲除Smad4基因后，發(fā)現(xiàn)幾乎所有的實驗組小鼠中都觀察到主動脈瘤的表型。研究人員又通過單細(xì)胞測序技術(shù)對Smad4-CNC-SMC^KO小鼠和Smad4-CNC-SMC^Ctrl對照組小鼠的主動脈弓和降主動脈分別進行了無偏差的轉(zhuǎn)錄組分析，發(fā)現(xiàn)Smad4-CNC-SMC^KO組小鼠的主動脈弓（AA）組與其他三個對照組之間存在明顯的細(xì)胞群體差異。研究者們在Smad4-CNC-SMC^KO的AA實驗組中觀察到一群獨特的調(diào)節(jié)型SMCs群，出現(xiàn)典型SMCs標(biāo)記物的表達降低，同未成熟標(biāo)記物的表達增加。這些結(jié)果表明，主動脈弓中Smad4基因的敲除會導(dǎo)致SMCs向調(diào)節(jié)型細(xì)胞轉(zhuǎn)變，使其典型SMC表型減少，并呈現(xiàn)纖維肌細(xì)胞特征，可能與主動脈弓的病理變化密切相
關(guān)。
 

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Fig.2 Genetation of origin-dependent SMC genetic tools using intersectional genetics.

隨著單細(xì)胞RNA測序技術(shù)的發(fā)展，結(jié)合本文所述的交叉遺傳學(xué)策略，可通過特異性標(biāo)記物進一步研究異質(zhì)性細(xì)胞群體的功能，從而深化對復(fù)雜細(xì)胞群體的理解。本研究開發(fā)的雙重組酶介導(dǎo)交叉遺傳學(xué)方法，實現(xiàn)了對不同發(fā)育來源SMC的譜系追蹤和基因操作的精準(zhǔn)靶向。該遺傳學(xué)系統(tǒng)不僅提高了實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性，還大幅降低了干擾數(shù)據(jù)解讀的混雜變量風(fēng)險。這一精密的遺傳學(xué)策略將加速靶向治療的研發(fā)進程，有望推動主動脈疾病診療技術(shù)的革新。

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