巨噬细胞来源的SPP1通过与成纤维细胞相互作用加重病毒性心肌炎中的心肌损伤

Macrophage-derived SPP1 exacerbate myocardial injury by interacting with fibroblasts in viral myocarditis.

作者信息Xiuyun Duan, Li Zhang, Keyu Liu, Kaiyin Guo, Yingnan You, Hailin Jia, Shan Zhou, Bo Han
PMID40087693
发布时间2025-03-14
DOI10.1186/s13062-025-00621-2

实验完整度

包含scRNA-seq、体外共培养、巨噬细胞耗竭和SPP1抑制的体内实验,以及临床样本验证,具有多个独立证据层级。

主要模型

CVB3诱导的BALB/c小鼠病毒性心肌炎模型 骨髓来源巨噬细胞(BMDMs) 小鼠心脏成纤维细胞系 HL-1心肌细胞系

重点核对

CVB3株(Nancy)腹腔注射剂量200 µL 10^6 TCID50 巨噬细胞耗竭使用Clodronate Liposomes,注射方案为第-1天200 µL,之后每3天150 µL SPP1抑制使用SPP1表达抑制剂(SEI)250 µg静脉注射,第-1天开始,每3天补充 BMDMs用CVB3刺激12 h,共培养时心脏成纤维细胞与条件培养基1:1混合培养24 h CVB3感染后第7天为炎症高峰期,超声心动图评估EF和FS

摘要

背景:病毒性心肌炎(VMC)是一种由病毒感染触发的心肌炎症性疾病,涉及病原相关损伤和免疫介导损伤。然而,VMC的确切免疫病理机制仍不清楚。方法:我们对CVB3诱导的VMC急性期小鼠心脏进行了单细胞RNA测序。在手动注释细胞类型后,通过细胞比例变化、定制基因集模块评分和CellPhoneDB对巨噬细胞进行功能分析。利用体外间接共培养实验,研究了巨噬细胞来源的SPP1对心脏成纤维细胞的影响。在小鼠中进行巨噬细胞耗竭和SPP1表达抑制,以研究巨噬细胞来源的SPP1对VMC小鼠心脏功能、炎症水平和心肌损伤的影响。结果:我们的数据揭示,巨噬细胞是VMC急性期浸润心脏的主要免疫细胞,特别是高表达Spp1的巨噬细胞亚群(Spp1+巨噬细胞),其具有外周血单核细胞的特征。在VMC期间,Spp1+巨噬细胞与成纤维细胞广泛通信,且SPP1促进成纤维细胞转化为高表达Ccl2/Ccl7的炎症表型。这进而增加了单核细胞向心脏的趋化。此外,VMC早期部分耗竭巨噬细胞可减轻小鼠心肌炎症和心肌损伤。抑制SPP1可减少心脏巨噬细胞浸润,减轻心肌炎症,并改善VMC小鼠的心脏功能。结论:我们的发现提示Spp1+巨噬细胞能够自我招募,且巨噬细胞来源的SPP1通过促进成纤维细胞高表达Ccl2/Ccl7加重心肌免疫损伤。我们的研究增进了对VMC发病机制的理解,并为VMC的潜在免疫治疗提供了新见解。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
病毒性心肌炎急性期巨噬细胞与心脏成纤维细胞之间的相互作用及其对心肌损伤的影响机制
核心机制
Spp1+巨噬细胞来源的SPP1通过整合素与成纤维细胞相互作用,促进成纤维细胞转化为高表达Ccl2/Ccl7的炎症表型,进而增强单核细胞趋化,形成自我招募的炎症放大回路,加重心肌免疫损伤
主要证据
scRNA-seq显示Spp1+巨噬细胞扩增并与炎症成纤维细胞互作增强;体外共培养证实BMDM来源的SPP1上调成纤维细胞Ccl2/Ccl7表达;巨噬细胞耗竭和SPP1抑制均减轻心肌炎症和改善心功能
研究意义
研究为VMC发病机制提供新见解,SPP1有望成为VMC生物标志物和免疫治疗靶点

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

构建VMC小鼠模型并确定炎症高峰期

建立CVB3诱导的病毒性心肌炎小鼠模型,观察疾病进展,确定炎症峰值时间点

对4-5周龄雄性BALB/c小鼠腹腔注射200 µL 10^6 TCID50 CVB3(Nancy株),记录体重、心功能和组织病理变化,确定第7天为炎症高峰期

2

单细胞RNA测序绘制心脏细胞图谱

解析VMC急性期心脏免疫细胞和基质细胞的组成、比例和转录变化

对第7天对照组(3只)和VMC组(4只)小鼠心脏进行scRNA-seq,注释细胞类型,分析巨噬细胞和成纤维细胞亚群及其相互作用

3

体外验证巨噬细胞来源SPP1对成纤维细胞的影响

确证CVB3刺激巨噬细胞分泌SPP1,并验证SPP1对心脏成纤维细胞Ccl2/Ccl7表达的影响

用CVB3刺激BMDMs 12 h,收集条件培养基与心脏成纤维细胞共培养,并使用SPP1表达抑制剂(SEI)抑制SPP1,检测成纤维细胞Ccl2和Ccl7的mRNA水平

4

巨噬细胞耗竭实验评估其对心肌损伤的影响

研究巨噬细胞在VMC急性期的作用

在CVB3感染前及过程中用Clodronate脂质体部分耗竭巨噬细胞,评估心肌炎症、细胞凋亡、心功能和血浆细胞因子水平

5

SPP1抑制实验评估其对心肌损伤的影响

研究抑制SPP1能否减轻VMC小鼠的心肌炎症和功能障碍

在CVB3感染前及过程中给予SPP1表达抑制剂(SEI),评估心肌炎症、细胞凋亡、心功能、Ccl2/Ccl7表达和巨噬细胞浸润

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
柯萨奇病毒B3(CVB3,Nancy株)----
SPP1表达抑制剂(SEI)MedChemExpress, China--
RPMI-1640培养基Gibco, USA--
胎牛血清ExCell Bio, China--
青霉素-链霉素BasalMedia, China--
巨噬细胞集落刺激因子Biolegend, USA--
含成纤维细胞生长因子的特殊培养基ZQXZBIO, ChinaPCM-M-186
最低必需培养基Gibco, USA--
二甲基亚砜----
抗CD68兔抗体Servicebio, ChinaGB113109
抗SPP1山羊抗体R&D, USAAF808
Alexa Fluor® 488标记山羊抗兔IgGServicebioGB25303
Cy3标记驴抗山羊IgGServicebioGB21404
DAPI----
EVOS M7000 3D数字共聚焦分析系统Invitrogen, USA--
TUNEL BrightRed凋亡检测试剂盒Vazyme, ChinaA113
FITC标记抗小鼠F4/80抗体BioLegend, USA123109
APC标记抗小鼠CD45抗体BioLegend, USA110713
BD Pharmingen™ PE Annexin V凋亡检测试剂盒IBD--
增强型CCK-8Elabscience, ChinaE-CK-A362
SiliconWave 60系统配30 MHz高频探头Kolo Medical, China--
TrizolVazyme, China--
HiScript III RT SuperMix for qPCR试剂盒Vazyme, China--
Lightcycler 480系统Roche, Switzerland--
ChamQ Blue通用SYBR qPCR预混液Vazyme, China--
抗SPP1抗体Santa Cruz, USAsc-73631
HRP标记Affinipure山羊抗小鼠IgGProteintech, ChinaSA00001-1
Immobilon Western HRP底物Millipore, USAWBKLS0100
抗β-actin抗体Santa Cruz, USAsc-47778
IV型胶原酶----
木瓜蛋白酶----
脱氧核糖核酸酶----
红细胞裂解液Solarbio, China--
10x Chromium10x Genomics--
Illumina NovaSeq 6000测序系统Illumina--
SPP1 ELISA试剂盒文中未明确说明--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
病毒性心肌炎模型
CVB3毒株、剂量、注射途径、小鼠品系和性别、感染后时间点
阅读提示:Methods 'Mice' 和 'Results' 图1
单细胞RNA测序
组织消化酶浓度、细胞活性、测序平台、参考基因组、质控标准
阅读提示:Methods 'Tissue dissociation and single-cell suspension preparation' 和 'Single-cell RNA sequencing and data processing'
体外共培养
BMDM分化条件、CVB3刺激剂量和时间、SEI浓度、共培养比例和时间
阅读提示:Methods 'Cell isolation and culture' 和 'Co-culture of BMDMs and fibroblasts'
巨噬细胞耗竭
Clodronate脂质体剂量、注射途径和时间点
阅读提示:Methods 'Macrophage depletion' 和 图6图例
SPP1抑制
SPP1表达抑制剂剂量、注射途径和时间点
阅读提示:Methods 'SPP1 inhibition' 和 图8图例
心脏功能评估
超声心动图系统、探头频率、麻醉方式、测量参数
阅读提示:Methods 'Echocardiography'