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唯尚立德

01.

科学家揭示机体慢性炎症如何恶化心力衰竭?

研究人员通过对小鼠进行研究后发现,阻断包括Brd4和IL-1β的巨噬细胞纤维化通路中的不同步骤或能帮助减缓患心脏病动物机体的心脏纤维化发生。

如果你割伤了手臂或做了手术,留下疤痕或许是件好事,由成纤维细胞所产生的疤痕组织能帮助机体愈合,然而,在大多数机体器官中,疤痕的积累(称为成纤维化)是慢行疾病和衰老发生的标志,减缓或阻断纤维化能帮助治疗心脏病、肝病、肾脏疾病和肺部疾病等,然而,这些器官的纤维化依然是一种致死性疾病,目前治疗手段非常有限。

近日,一篇发表在国际杂志Nature上题为“Chromatin remodelling drives immune cell–fibroblast communication in heart failure”的研究报告中,来自加利福尼亚大学等机构的科学家们通过研究清楚揭示了免疫细胞如何诱发形成疤痕的成纤维细胞被激活从而导致心脏或其它器官发生纤维化的,阻断引起炎症的免疫细胞和成纤维细胞之间的分子信号或会预防纤维化的发生,然而,偶然的是,一些信号已经能被当前的药物靶向作用,而这些药物也能潜在被重新定向用于治疗人类心脏病。

研究者Michael Alexanian博士说道,免疫系统和成纤维细胞之间的串扰(crosstalk)要比我们预期的要复杂得多,如今我们开始绘制其串扰的图谱,这样或许能开发出新型疗法来靶向作用炎症和纤维化。炎症和纤维化在恶化机体心力衰竭和很多其它纤维化疾病方面扮演着非常重要的角色,心力衰竭在全球影响着2500万人的健康;发现阻断这些疾病过程的新方法或能帮助改善数百万人的健康。

科学家们早就知道,炎症和纤维化会在病变器官和正常衰老过程中同时发生,心脏、肝脏、肾脏和肺脏的纤维化会导致器官不健康的变厚和硬化,从而妨碍其正常功能的发挥并引起器官衰竭;然而炎症所发挥的确切作用,以及其是如何直接引起纤维化的,目前研究人员并不是非常清楚。这项最新研究中,研究人员利用小鼠来追踪除了成纤维细胞外,免疫细胞是如何在心脏病中发生改变,随后他们利用名为BET抑制剂的药物来处理小鼠,此前研究人员发现这种药物能预防动物机体的纤维化,但却对其它组织会产生很多副作用,研究人员旨在解析心脏病被治疗时细胞会发生什么变化,并利用相关研究结果开发适用于人类的更多靶向性疗法。

利用BET抑制,对心衰患者进行单细胞RNA测序或能鉴定出高动态表达cx3cr1的单核/巨噬细胞亚群

研究者表示,在心力衰竭发生期间,免疫细胞中会有很多促炎性基因被激活,随后在治疗过程中被抑制,因此,很显然,利用这种药物就能关闭机体炎症和纤维化。随后,通过对免疫细胞和成纤维细胞进行一系列实验,研究人员发现炎症和纤维化之间存在着新型分子关联,他们详细描述了从巨噬细胞开始的一系列事件,巨噬细胞是一种在诱发炎症方面扮演着中枢性角色的关键免疫细胞。早在2021年,研究人员发现,在成纤维细胞中,开启名为MEOX1的基因就能通过激活细胞来诱发纤维化发生,然而,他们并不知道成纤维细胞是如何感知心脏中的压力从而被激活的。

这项研究中,研究人员发现,当心脏处于疾病状态时,调节性基因Brd4就会在巨噬细胞中被开启,从而就会促使免疫细胞产生信号分子IL-1β,当其与邻近成纤维细胞发生相互作用时,IL-1β蛋白就会激活成纤维细胞中的“主开关”MEOX1,如今研究人员已经将其与纤维化过程联系了起来。研究者Padmanabhan说道,我们能够准确阐明巨噬细胞中炎性发生的位置以及其是如何影响纤维化过程的,理解整个事件链或能帮助我们从多个角度更早地干预这一过程并寻找更好地方法来预防患者机体纤维化的发生。实际上,研究人员通过对小鼠进行研究后发现,阻断包括Brd4和IL-1β的巨噬细胞纤维化通路中的不同步骤或能帮助减缓患心脏病动物机体的心脏纤维化发生。

此外,由于IL-1β在驱动全身炎症发生中还扮演着其它角色,如今研究人员已经开发出了能阻断多种疾病中IL-1β活性的药物,包括癌症、类风湿性关节炎和糖尿病等,但要确定是否这些药物会影响心脏或其它器官中的纤维化,或许还需要后期研究人员进行其它的研究。最后研究者表示,如今我们知道了所参与的信号通路,这或许就能帮助我们开发出靶向性药物来阻断纤维化发生,同时还能阻断免疫系统的积极性效应,比如抵御感染等。

02.

科学家揭示卵巢癌让机体免疫细胞丧失功能背后的新型分子机制

本文研究识别出了细胞骨架转凝蛋白2在T细胞脂质代谢中的关键作用,并强调了通过保留转凝蛋白2-FABP5轴来增强细胞免疫疗法治疗实体瘤的潜力。
能发起抵御病原体和肿瘤的有效免疫依赖于细胞外脂肪酸对T细胞的成功代谢重编程,脂肪酸结合蛋白5(FABP5,Fatty-acid-binding protein 5)在这一过程中扮演着关键角色,其能通过协调脂质的有效运输为线粒体呼吸提供燃料,从而维持保护性CD8+ T细胞对生物能量的需求,然而,目前研究人员并不清楚控制这一免疫代谢轴背后的分子机制。
近日,一篇发表在国际杂志Nature上题为“Transgelin 2 guards T cell lipid metabolism and antitumour function”的研究报告中,来自美国威尔康乃尔医学院等机构的科学家们通过研究发现了卵巢肿瘤用来削弱免疫细胞功能并阻碍其攻击背后的分子机制,研究人员发现,卵巢肿瘤能阻断T细胞所依赖的能量供应,本文研究提出了一种非常有希望的卵巢癌新型免疫疗法。
卵巢癌非常具有侵袭性且难以治疗,对其进行治疗的一个重要障碍就是肿瘤微环境,即能保护癌细胞免受免疫系统攻击的细胞、分子和血管组成的复杂生态系统,在这种恶劣的环境中,T细胞会失去摄入脂质分子的能力,而脂质分子是机体发动有效供给所必需的能量。研究者Juan Cubillos-Ruiz博士说道,T细胞依赖脂质作为燃料,在线粒体中其能燃烧脂质来帮助抵御病原体和肿瘤,然而,控制这种关键能量供应背后的分子机制,目前研究人员并不是非常清楚。
脂质在卵巢肿瘤中非常丰富,但T细胞似乎不能在其所处的环境中利用脂质,文章中,研究人员重点关注了FABP5,其能促进对脂质的摄入,但其在T细胞中的精确位置,研究人员并不清楚;文章中,研究人员发现,在来自患者机体的肿瘤样本和卵巢癌小鼠模型中,FABP5会被困在T细胞的细胞质中,而不是移动到细胞表面,在那里其通常能帮助从周围环境中吸收脂质。这或许是一个非常高兴的时刻,由于FABP5并没有抵达细胞表面,其并不能带来进行能量产生所需的脂质,但研究人员仍然要找出其背后的原因。通过联合研究后,他们李颖一系列生化实验来识别能结合FABP5的蛋白,结果发现了一种名为转凝蛋白2(Transgelin 2)的特殊蛋白能与FABP5结合并帮其移动到细胞表面。

对T细胞中FABP5的表达进行分析

进一步的实验结果表明,卵巢肿瘤能抑制浸润性T细胞中转凝蛋白2的产生,随后研究人员深入研究后发现,在肿瘤中能被压力状况所激活的转录因子XBP1能抑制编码转凝蛋白2的基因,如果没有转凝蛋白2,FABP5就会被困在T细胞的细胞质中,从而阻止脂质的摄入并让T细胞无法攻击肿瘤。基于这一基本机制,研究人员探索了称之为嵌合抗原受体T(CAR-T)细胞疗法的免疫疗法,这种方法是通过收集患者机体的T细胞,对其进行工程化改造来攻击肿瘤细胞,随后将设计好的细胞重新输注回患者体内发挥作用。
研究者Cubillos-Ruiz说道,CAR-T细胞能有效治疗包括白血病和淋巴瘤在内的多种血液癌症,但对诸如卵巢癌和胰腺癌等实体瘤并没有很好的治疗效果;当他们在临床试验中评估CAR-T细胞疗法治疗转移性卵巢癌小鼠模型的疗效时,他们发现了相同的问题,即转凝蛋白2会被抑制且脂质摄入会受到损伤,就好像在肿瘤微环境中的正常T细胞一样,工程化的CAR-T细胞会在细胞质中出现FABP5的缠结,因此,CAR-T细胞无法获得脂质来有效攻击肿瘤,这或许就凸显了利用免疫疗法治疗诸如卵巢癌等实体瘤所面临的一个关键障碍。
为了解决这个问题,研究人员插入了一种修饰过的转凝蛋白2基因,该基因无法被压力转录因子所阻断,因此关键蛋白的表达就会得以保留,这或许就能促使转凝蛋白2成为CAR-T细胞表面上FABP5的伴侣,并在那里摄入脂质。的确,升级后的T细胞要比原始的CAR-T细胞更加有效地攻击卵巢肿瘤,研究者表示,这项研究中,他们揭示了卵巢癌中免疫抑制的一种关键机制,并提出了一种新途径来改善过继T细胞免疫疗法在治疗侵袭性实体肿瘤中的疗效。
综上,本文研究识别出了细胞骨架转凝蛋白2在T细胞脂质代谢中的关键作用,并强调了通过保留转凝蛋白2-FABP5轴来增强细胞免疫疗法治疗实体瘤的潜力。
03.

能降低炎症的抗体或能作为治疗心力衰竭患者的新型心脏免疫疗法

炎症和组织纤维化往往能共存,且与器官功能障碍之间存在因果关联;然而,人类心脏病中驱动免疫-成纤维细胞之间通讯的分子机制,目前研究人员并不清楚,而且目前还没有批准的疗法能直接靶向作用心脏的纤维化。
近日,一篇发表在国际杂志Nature上题为“Targeting immune–fibroblast cell communication in heart failure”的研究报告中,来自华盛顿大学医学院等机构的科学家们通过研究发现,一种类似于FDA批准用于治疗诸如关节炎等炎症的免疫疗法或能作为治疗人类心力衰竭的有效疗法策略。
当心脏病发作、病毒感染或心脏受到其它损伤后,疤痕组织就会在心肌中形成并在那里干扰正常的心脏收缩功能,同时在心力衰竭过程中发挥着主要作用,心力衰竭是心脏逐渐丧失向机体泵送足够血液能力的一种心脏疾病,这种慢行疾病往往会产生一种不断恶化的反馈循环,其仅能通过现有的药物疗法来减缓却无法治愈。作为这项最新研究的一部分,研究人员对人体组织进行研究,识别出了心脏中的一类成纤维细胞或能作为心力衰竭中疤痕组织形成的罪魁祸首。
为了观察其是否能预防疤痕形成,科学家们转向对携带相同类型成纤维细胞的心力衰竭小鼠模型进行研究,他们利用单克隆抗体来阻断有害成纤维细胞的形成,最后成功减少了疤痕组织的形成并改善了小鼠机体的心脏功能。医学博士Kory Lavine说道,当心脏中的疤痕组织形成后,其恢复能力就会大大受损或不可能恢复;心力衰竭是美国乃至全球人群日益面临的一个严重问题,目前影响着数百万人的健康,当前的疗法能帮助减缓疾病症状和进展,但研究人员迫切需要开发出更好的疗法来阻断疾病过程并预防引起心脏功能缺失的新疤痕组织的形成,我们非常希望本文研究能帮助研究人员开展临床试验从而调查免疫疗法在心力衰竭患者治疗中的疗效。

CITE测序多模态聚类概述
成纤维细胞在心脏中扮演着多种角色,分析出这些细胞不同群体之间的差异对于研究人员而言或许是一大挑战,一些成纤维细胞能支持心脏的结构完整性,并能维持心脏血管中良好的血流程度,而其它类型的成纤维细胞则负责驱动炎症和疤痕组织的形成。直到最近,随着最先进的单细胞测序技术的广泛应用,科学家们才能搞清楚到底是哪一类成纤维细胞发挥着作用。这些不同类型的成纤维细胞推动了科学家们开发新型疗法来特异性地阻断促进疤痕的成纤维细胞的形成,并能保护维持心脏结构的成纤维细胞的功能,这样心脏就不会丢失自己的功能。
本文研究结果表明,促进损伤心脏疤痕形成的成纤维细胞和与癌症及其它炎症过程相关的成纤维细胞非常现实,这或许就为开发新型免疫疗法打开了一扇大门,从而就能潜在阻断炎症以及所致的疤痕组织的形成。文章中,研究人员利用遗传学手段研究发现,名为IL-1β的型号分子对于驱动成纤维细胞在心力衰竭过程中形成疤痕组织的一系列事件非常重要。考虑到这一点,研究人员测试了一种能阻断IL-1β的小鼠单克隆抗体的功效,结果在小鼠心脏中发现了有益效应,这些小鼠单克隆抗体由Amgen公司提供,单克隆抗体是研究人员在实验室开发出的能调节机体免疫系统功能的特殊蛋白质。
超声心动图显示,这种疗法能减少疤痕组织的形成并改善小鼠心脏中的泵血功能;目前至少有两种FDA批准的单克隆抗体能阻断IL-1信号,即康纳单抗(canakinumab)和利纳西普(Rilonacept)。这些免疫疗法获批用于治疗诸如少年特发性关节炎(juvenile idiopathic arthritis)和复发性心包炎(recurrent pericarditis)等炎性疾病,这些是心脏周围囊的炎症疾病。其中一种抗体在治疗动脉粥样硬化的临床试验中得到了评估,动脉粥样硬化是一种会导致动脉变硬的斑块积聚性疾病,这项名为CANTOS(Canakinumab抗炎血栓预后研究,Canakinumab Anti-inflammatory Thrombosis Outcome Study)的临床试验结果显示,动脉粥样硬化患者得到了一定益处。
尽管这项试验并不是为了在心力衰竭中测试这种疗法,但研究数据表明,单克隆抗体或许对于心力衰竭患者的治疗有益。对该试验的数据进行第二次分析后,研究者指出,相比标准治疗而言,这种疗法与心力衰竭患者入院率的大幅下降明显相关,因此这项最新研究或许就能帮助解释其中的原因。即便如此,CANTOS研究计划中所使用的IL-1抗体也会产生一系副作用,比如增加机体感染的风险,但研究者指出,这种副作用或许会被一种能特异性阻断心脏成纤维细胞中IL-1信号的更具靶向性的抗体所降低。
研究人员希望结合所有研究证据(包括对IL-1β通路的研究)设计出临床试验来专门测试靶向性免疫疗法治疗心力衰竭患者的疗效。综上,本文研究结果强调了靶向作用炎症治疗组织纤维化并保留器官功能的广泛治疗潜力。
04.

识别出细胞生长的精确时间或能帮助理解癌症的起源

癌症是异常细胞生长的疾病,尽管很多癌症都是可以治疗甚至可以治愈的,但其起源研究人员并不清楚;理解细胞事件的精确时间(即细胞从正常状态转变为癌变状态)是发现新型疗法或诊断机会的关键。
近日,一篇发表在国际杂志Nature上题为“Temporal recording of mammalian development and precancer”的研究报告中,来自范德堡大学等机构的科学家们通过研究为深入理解并预测癌前病变和癌症之间的自然过渡状态奠定了一定的基础,他们发现,结直肠癌很可能是由肠道上皮组织中的多个正常细胞所引起,而不仅仅是由单个细胞所引起的。这项研究为将这种方法扩展到记录细胞活性的其它方面奠定了一定的基础,比如信号事件发生的时间等。

研究者Ken Lau说道,我们希望增加一个时间轴能帮助更好地理解组织发育和疾病达到起源。尽管只有极低比例的癌前病变会进展到癌症,但目前唯一能预测结直肠癌的指标就是结肠息肉的尺寸,即会发生癌变的结肠细胞小团块,如今研究人员已经开发出了一种精确的分子时钟来在单细胞分辨率下记录细胞事件的时间。    

胚胎的谱系多样化和肠道的发育
这项研究中,研究人员成功破译了结直肠癌的起源,在此前研究中,他们利用癌症中自然发生的遗传改变来追踪细胞何时回发生改变,但他们发现,尽管“它们提供了时间顺序或克隆性的推断”,但却并不够精准。为了填补当前指示的空白,研究者Islam等人利用了CRISPR平台来创建一种“基因条形码”(genetic barcoding)方法,从而记录体内细胞事件和克隆性的时间,随后他们在小鼠模型和患者机体细胞衍生的模型中测试了这种方法。
利用范德堡大学医学中心的强大患者资源以及人类肿瘤图谱网络,研究人员收集了迄今为止关于人类散发性息肉最大的多组学图谱数据集,并揭示了结直肠癌或许起源于多个健康细胞中发生的独立突变事件。研究人员认为,癌症能从早期癌前阶段携带遗传不同的细胞(多克隆组成)转变为晚期阶段的遗传相同细胞(单克隆组成),而理解这一过程或能帮助更好地预测从癌前病变到癌症的进展过程。
研究者Coffey说道,Mirazul推动了从概念到执行的整个项目的进展,但如果没有我们的合作者,尤其是Mark Magnuson和Qi Liu,我们或许不可能做到这一点。目前我们正在应用这种方法,通过识别具有干细胞潜能的新细胞群体来更好地理解再生过程中的克隆动力学。综上,本文研究中,研究人员提出了一种多模式框架,其或能为进行体内记录奠定一定的基础,将合成性或自然不可去除的遗传变化与单细胞分析结合起来,从而就能帮助探索哺乳动物系统发育和肿瘤发生的起源和时间。


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