內皮細胞(EC)的生成和自我增殖的更新有助于血管的修復和再生。準確測量EC生成動力學的能力將促進人們對血管穩態和疾病的細胞機制的理解。然而，目前評估EC在大血管(如動脈)中產生的動力學是具有挑戰性的，因為它們很少增殖。

2023年12月12日，上海交通大學何奔及中國科學院分子細胞科學卓越創新中心周斌共同通訊在Circulation（IF=38）在線發表題為“Dynamics of Endothelial Cell Generation and Turnover in Arteries During Homeostasis and Diseases”的研究論文，該研究揭示了體內平衡和疾病期間動脈內皮細胞生成和周轉的動力學。遺傳增殖追蹤顯示，在體內平衡狀態下，成年小鼠每月約有3%的主動脈內皮細胞發生增殖。主動脈EC分裂的方向通常與主動脈內的血流平行，這是由機械傳感蛋白Piezo1調節的。

單細胞RNA測序分析顯示4個異質的主動脈EC亞群具有不同的增殖活性。EC集群1表現出轉運擴增細胞的特征，具有優先增殖能力和豐富的干細胞標志物如Sca1和Sox18的表達。高血壓患者EC增殖增加，而2型糖尿病患者EC增殖減少，這與EC簇1增殖程度的變化一致。結合基因敲除和增殖示蹤發現Hippo/血管內皮生長因子受體2信號通路調節大血管內皮細胞增殖。總之，遺傳增殖追蹤定量描述了EC生成和周轉的動態，以及EC分裂方向，在穩態和疾病期間的大血管。在體內平衡和2型糖尿病期間，主動脈中的EC亞群表現出更強勁的細胞增殖，這表明它是血管修復和再生的潛在治療靶點。

嚴重的內皮細胞(EC)損傷和喪失可導致多種心血管疾病，如動脈粥樣硬化、高血壓和糖尿病的嚴重肢體缺血。新一代內皮細胞通過內皮祖細胞(EPCs)的增殖或分化，為促進血管修復和組織再生提供了基礎。20世紀90年代，EPCs首次從人類外周血中分離出來，并被提議在體外分化為EC。然而，最近的一項研究報道骨髓不是循環EPCs的起源，這表明內源性新血管形成是由組織內的內皮細胞驅動的，而不是通過循環的貢獻。盡管有報道稱，成年小鼠心肌梗死后，間充質細胞或成纖維細胞參與了內皮細胞的形成，但一項使用特定遺傳工具的研究同樣表明，間充質細胞幾乎不參與內皮細胞的形成，新生血管的形成主要是由先前存在的內皮細胞的增殖介導的。因此，在血管修復和新血管形成過程中，組織內內皮細胞的增殖是新內皮細胞生成的主要途徑。盡管EC會增殖以補償其在日常磨損中的損傷和損失，但由于不同EC亞群之間基因表達和功能的異質性，它們的代數并不相等。近半個世紀前，一項開創性的研究使用甲基-3H胸腺嘧啶檢測了內皮細胞在穩態期間增殖的EC克隆或復制的EC聚集，并最早提出了EC在主動脈增殖和轉換方面的異質性。最近的譜系追蹤研究再次證實，內皮細胞的克隆擴增有助于損傷后血管的修復和再生。體外細胞集落形成實驗、細胞移植和遺傳譜系追蹤研究表明，側群細胞c-kit、Procr、Peg3/Pw1、CD157、 SoxF或Sca1代表或標記了在培養或損傷后優先擴增的組織常駐EPCs。單細胞轉錄組分析揭示了主動脈中幾個功能不同的EC亞群，并確定了從血管內祖細胞到分化的EC的層次結構。除了基礎穩態外，運動誘導的血管生成主要依賴于代謝引發的ATF3/4+EC亞群的增殖這些先前的研究為內皮細胞在基因表達、細胞增殖和不同功能方面的異質性提供了重要信息。然而，由于大血管(如動脈)的增殖率低，目前評估EC生成的動力學具有挑戰性。由于缺乏對泛EC增殖記錄的公正的遺傳方法，而不是追蹤一個選擇的EC亞群，在穩態和疾病期間動脈中EC轉換動力學的基本信息是缺失的。

EC ProTracer對EC特異性增殖的遺傳記錄（圖源自Circulation）血液流動的機械力是影響血管形態發生、發育和維持血管正常功能的關鍵因素EC的伸長和重新定向通常與血流引起的剪切應力方向平行。剪切應力也會引起體外血管EC的增殖盡管體外系統可以模擬不同類型的剪切應力，但EC增殖如何受到體內復雜環境和血流模式的影響尚不清楚。此外，細胞分裂取向在細胞命運、組織模式和組織以及形態發生中起著重要作用。機械力調節細胞分裂方向。然而，尚不完全清楚血流剪切應力作為一種機械力是否會影響體內EC增殖和成人組織中的細胞重排。該研究使用內源性ki67基因生成遺傳增殖示蹤劑(ProTracer) 來研究EC在主動脈和下腔靜脈(IVC)中隨時間的體內增殖。研究結果表明，在體內平衡狀態下，成年小鼠每月約有3%的主動脈內皮細胞發生增殖。結合EC增殖追蹤和單細胞RNA測序(scRNA-seq)分析，作者在成年小鼠主動脈中發現了一個高度增殖的EC亞群，該亞群富含干細胞基因Sca1和Sox18的表達。這種EC亞群在2型糖尿病中優先擴大，但在高血壓中沒有，在疾病條件下增殖率發生改變。此外，通過將Dre-rox介導的基因敲除與ProTracer同時結合，發現EC在主動脈和IVC中的增殖受Hippo/血管內皮生長因子受體2信號通路的調控。因此，EC簇1的高增殖活性在2型糖尿病和高血壓中發生改變，為治療這些疾病的內皮損傷提供了新的治療靶點，該研究揭示動脈中EC增殖的調節機制為支持新療法的發展提供了新的見解，以增強血管修復和再生。原文鏈接：https://doi.org/10.1161/CIRCULATIONAHA.123.064301