日本米国利用单细胞转录组找到最强促血管生成脂肪祖细胞挽救严重缺血肢体

日本米国联合研究团队利用单细胞转录组技术找到最强促血管生成脂肪祖细胞

——促进血管生长的新方法显示出挽救处于危险中的严重缺血肢体的希望

严重肢体缺血(critical limb ischemia, CLI)是外周动脉疾病(peripheral arterial disease, PAD)的终末期状态，在全球范围内呈上升趋势。糖尿病、吸烟(Buerger病；中文名称为“血栓闭塞性脉管炎”)、自身免疫性疾病均可导致CLI。

一项由日本金泽大学的专家和米国辛辛那提儿童医院的研究人员联合领导的新研究表明，在小鼠身上移植来自 CD271阳性脂肪组织的人类干细胞可以通过促进新的血管生长来恢复血流。

日本金泽大学医学研究生院

米国辛辛那提儿童医院医学中心

据位于米国华盛顿特区的支持组织“截肢者联盟”（Amputee Coalition）统计，全米国约有200万人截肢，每年还有18.5万人截肢。大约54%的肢体缺失是由血管疾病引起的，包括糖尿病和外周动脉疾病(PAD)。

随着米国和世界范围内越来越多的人被诊断为糖尿病，截肢的人数不断增加。

现在，来自日本金泽大学的专家与米国辛辛那提儿童医院的同事们合作，发现了一种促进血管生长的新方法，有望作为预防缺血导致的截肢的治疗方法。

他们的发现是基于对日本一项临床试验中两名患者的四肢完全恢复，但似乎注定要截肢的原因有了更深入的理解。

这项研究发表在《细胞报告医学》（Cell Reports Medicine）杂志上，由第一作者来自日本金泽大学医学研究生院的心脏病专家、辛辛那提儿童医院医学中心的研究员井上博士，以及内分泌科的Juan Sanchez-Gurmaches博士领导。

他们的团队报告指出：

从脂肪组织中分离出的一个特定的干细胞亚群也携带细胞表面标记CD271，在诱导血管形成方面比其他所有类似的细胞类型表现得更好。

该研究还详细介绍了这一过程中涉及的关键分子机制。

科学家们通过将这些人类干细胞移植到患肢体缺血的小鼠体内，证实了这些发现。在每一个病例中，治疗挽救了原本需要截肢的肢体。

然后，研究小组分析了来自临床试验的数据，提供了这种细胞移植可能已经在人类身上起作用的初步证据。在这种情况下，足部溃疡患者接受了从患者自身组织中收集的广泛混合干细胞治疗。

在分析的少数患者中，两例肢体完全恢复的患者接受了大量CD271阳性干细胞治疗。研究者指出：

这些结果，加上在小鼠试验中发现的高度一致的益处，似乎证明了开展正式临床试验的进一步工作是合理的。

严重肢体缺血是PAD和糖尿病治疗不足的最严重结局之一。这项研究显示了有希望的结果，这种新的祖细胞亚群可能具有积极的治疗价值。

研究者表示，看到其中一名患者已经恢复到足以重返工作岗位，这是非常鼓舞人心的。

随着肥胖率的上升，糖尿病的发病率多年来也在上升，导致了一系列心血管并发症，包括PAD，导致严重的肢体缺血。

医生通过使用药物来减缓疾病，同时进行搭桥手术或以导管为基础的手术来开放四肢堵塞的动脉。然而，许多需要治疗的四肢动脉太小，难以通过手术进入。

因此，至少有1 / 3需要血运重建治疗的患者不符合手术干预的条件。那些失去四肢的人会经历明显的疼痛和残疾，而他们潜在的心血管疾病使他们越来越有可能经历潜在的致命心脏病发作、中风和其他问题。

曾经被视为纯粹的成人健康问题，现在已经在患有严重肥胖和糖尿病的青少年甚至更小的儿童中发现了血管疾病的早期迹象。

40岁的井上博士在日本研究PAD已有10多年。他于2021年来到辛辛那提，作为Sanchez-Gurmaches实验室的成员，进一步研究通过细胞移植诱导血管生成这一新兴领域。

许多研究人员已经探索了通过移植祖细胞来启动人体自身组织修复能力的想法。然而，主要的限制是找到合适的细胞来使用。

为了解决这个问题，研究小组使用单细胞转录组学在一堆不同类型的祖细胞中寻找合适的细胞群。

虽然许多干细胞自然地存在于骨髓中，但这项研究发现，血管形成的最强触发因素潜伏在脂肪组织中。这些细胞携带标记CD271，该标记在其他研究中显示在组织生长中起重要作用。

研究组将这些人CD271阳性细胞移植到小鼠体内，以确认其能力。人CD271细胞100%有效地促进小鼠体内足够的血管生长，以恢复病变肢体的正常血流。

也有证据表明这一新的细胞群可能在人类疾病中起作用。作者发现，在接受来自脂肪的自体祖细胞移植的患者中，恢复较好并保存了肢体的患者存在较多的CD271祖细胞。

研究者表示：

在这些患者的受累区域注射的CD271+祖细胞数量与康复之间的正相关是惊人的。

研究者强调，到目前为止，这些发现只是初步的。脂肪组织CD271阳性细胞的治疗价值需要通过正式的临床试验在更多的患者中进行评估。

一个需要解决的重要问题是如何获得足够的CD271祖细胞用于治疗。这篇新论文报道，在胰岛素抵抗人群的脂肪中发现的CD271祖细胞数量比没有胰岛素抵抗的人低75%。此外，被发现的细胞在生成新血管时往往不那么活跃。

研究者表示：

不幸的是，患有胰岛素抵抗的人面临着更高的肢体缺血风险，他们的CD271阳性祖细胞数量也很低，这可能会使自我移植更加困难。

需要更多的研究来确定这些细胞是否可以在移植前在实验室中繁殖。

原文图1：脂肪组织展示了人类干细胞来源中的单细胞转录组学中的血管生成基因谱

原文图2：脂肪组织单细胞转录组过滤了血管生成簇细胞的30个表面标志物

原文图3：脂肪组织CD271+细胞群高度血管生成

原文图4：AT-CD271+祖细胞在体外和体内具有较高的血管生成能力，并可长期植入

原文图7：在SVF治疗后CLI完全恢复的患者中，注射的AT-CD271+祖细胞数量显著增加

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本研究的局限性

本研究未直接分析各细胞中CD271 mRNA和蛋白表达水平的相关性。

由于该研究团队通过流式细胞术从人Lin - SVF中检测到的CD271+(表达CD271蛋白)细胞百分比相对高于他们在SVF scRNA-seq分析中观察到的百分比，因此分选的CD271+细胞有可能不能完全代表他们的scRNA-seq分析中定义的表达CD271的细胞。

虽然他们在体外证实，与CD271 -祖细胞相比，在分选的CD271+祖细胞中，CD271的mRNA表达较高，但使用单细胞多组学技术(如CITE-seq)进行的进一步研究将有助于验证该研究团队的结果。

在这里，上述研究团队使用手术切除裸鼠的股动脉来模拟CLI。虽然该方法在肢体缺血研究中得到了广泛验证，但CLI有多种病因，包括动脉粥样硬化、自身免疫性疾病或Buerger病(吸烟)。

未来的研究需要评估CD271+祖细胞疗法对不同病因的CLI(如载脂蛋白E基因敲除、低密度脂蛋白受体基因敲除)是否有效。

在小鼠脂肪干细胞(ADSC)实验中，该研究团队未从CD271Mut小鼠中分选CD271+细胞，因为现有单克隆抗体难以确定突变的CD271。