1月3日，《美國國家科學院院刊》（PNAS）發(fā)表了中國科學院分子細胞科學卓越創(chuàng)新中心（生物化學與細胞生物學研究所）周斌組和復旦大學附屬中山醫(yī)院教授王立新合作完成的研究成果（Genetic dissection of intercellular interactions in vivo by membrane-permeable protein）。該研究利用表達膜透過性熒光蛋白的遺傳工具小鼠，建立了體內(nèi)鄰近細胞標記技術(shù)，并利用該技術(shù)揭示了肝臟不同區(qū)域中內(nèi)皮細胞的異質(zhì)性。

細胞之間的相互作用對于多細胞生物體生長發(fā)育、穩(wěn)態(tài)維持以及損傷修復等過程至關(guān)重要，但關(guān)于監(jiān)測體內(nèi)細胞互作的遺傳學技術(shù)鮮有報道。當前的遺傳學手段基本上是針對特定細胞自身進行操作，無法深入研究細胞之間的互作。因此，建立新型鄰近細胞標記技術(shù)對剖析生物體內(nèi)細胞間互作及功能具有重要意義。

sLP-mCh是脂溶性標簽連接mCherry的融合熒光蛋白（Ombrato et al., Nature 2019）。sLP-mCh在供體細胞中表達后，會從供體細胞中釋放出去，并進入鄰近細胞，將鄰近細胞標記為mCherry⁺?；趕LP-mCh蛋白的特性，為了實現(xiàn)體內(nèi)鄰近細胞標記，科研人員構(gòu)建了基因敲入小鼠——R26-sLP-mCh-GFP和R26-sLP-mCh。研究以小鼠肝細胞作為供體細胞，表達sLP-mCh和GFP，檢測肝細胞周圍的其他類型細胞標記情況。研究在R26-sLP-mCh-GFP小鼠體內(nèi)注射特異靶向肝細胞的病毒AAV2/8-TBG-Cre，當病毒進入肝細胞后，Cre重組酶表達并發(fā)生Cre-LoxP重組，移除R26-sLP-mCh-GFP位點中間的終止序列，肝細胞啟動表達sLP-mCh和GFP熒光蛋白，成為sLP-mCh的供體細胞。研究發(fā)現(xiàn)，肝細胞為GFP⁺mCherry⁺，同時能檢測到GFP^–mCherry⁺的非實質(zhì)細胞，其中肝臟中80%內(nèi)皮細胞、76%免疫細胞以及54%成纖維細胞被標記。研究將這種由Cre誘導的細胞間蛋白標記技術(shù)稱為CILP。

肝臟的基本單位是肝小葉，肝小葉可分為三個區(qū)域（zone），各區(qū)域的肝細胞具有不同特性以及分子標記。一區(qū)的肝細胞圍繞著肝臟門靜脈，高表達鈣粘蛋白E（E-Cad）；三區(qū)的肝細胞圍繞著肝臟中央靜脈，高表達谷氨酰氨合成酶（GS）；肝小葉二區(qū)位于一區(qū)和三區(qū)之間，由E-Cad–GS–的肝細胞構(gòu)成。肝臟中的毛細血管是一類特化的血管網(wǎng)絡，稱為肝血竇內(nèi)皮細胞，肝血竇內(nèi)皮細胞和肝細胞發(fā)生著緊密的相互作用，肝臟不同區(qū)域的肝細胞可能會受到內(nèi)皮細胞不同程度的影響。

進一步，研究以Mfsd2a⁺肝細胞為例闡明肝細胞及其鄰近內(nèi)皮細胞之間的互作。當用他莫昔芬誘導雙基因型成體小鼠Mfsd2a-CreER;R26-sLP-mCh后，Mfsd2a⁺肝細胞啟動sLP-mCh的表達，成為供體細胞。研究發(fā)現(xiàn)，在門靜脈周圍出現(xiàn)聚集的mCherry信號，且存在mCherry⁺CDH5⁺細胞，表明Mfsd2a⁺肝細胞作為供體細胞表達sLP-mCh后，周圍的內(nèi)皮細胞也被標記為mCherry⁺。研究發(fā)現(xiàn)，這部分內(nèi)皮細胞主要分布在門靜脈周圍，在肝小葉一區(qū)中超過90%的內(nèi)皮細胞為mCherry⁺，在二區(qū)中約30%的內(nèi)皮細胞為mCherry⁺，在三區(qū)中幾乎檢測不到mCherry⁺的內(nèi)皮細胞。由此可知，研究運用CILP技術(shù)，并結(jié)合Mfsd2a-CreER小鼠，實現(xiàn)了肝小葉內(nèi)皮細胞的區(qū)域性標記，高效地標記了肝門靜脈周圍內(nèi)皮細胞。

為了進一步分析肝臟中不同區(qū)域內(nèi)皮細胞的差異，研究利用FACS將mCherry陽性和陰性內(nèi)皮細胞分選并進行轉(zhuǎn)錄組測序。主成分分析顯示，這兩群內(nèi)皮細胞分別成群，互相具有較大差異。門靜脈周內(nèi)皮細胞的特征基因Dll4、Lama4、Msr1和Ltbp47在mCherry⁺內(nèi)皮細胞中顯著上調(diào)，中央靜脈周內(nèi)皮細胞特征基因Rspo3、Wnt9b、Cdh13和Thbd7在mCherry–內(nèi)皮細胞中顯著上調(diào)。研究對差異基因進行熱圖分析顯示，與血管新生、調(diào)節(jié)細胞黏附和生長因子應激相關(guān)基因的表達在mCherry⁺內(nèi)皮細胞中顯著上調(diào)，而與胞外基質(zhì)組成、化學趨化和組織形態(tài)發(fā)生相關(guān)基因的表達在mCherry⁺內(nèi)皮細胞中顯著下調(diào)。

綜上，科研人員開發(fā)了體內(nèi)鄰近細胞標記新技術(shù)CILP。CILP利用一種細胞膜透過性的熒光蛋白，當這種熒光蛋白在供體細胞中表達后，可以釋放到細胞外，并進入鄰近細胞，從而實現(xiàn)對鄰近細胞的標記。該研究利用CILP技術(shù)標記了小鼠肝臟中肝細胞的鄰近細胞，并利用Mfsd2a⁺肝細胞作為供體細胞，標記并分析了肝臟門靜脈周內(nèi)皮細胞的特征。

研究工作得到中科院、國家自然科學基金、科技部、上海市科學技術(shù)委員會等的資助，并獲得分子細胞卓越中心動物平臺和細胞分析技術(shù)平臺的支持。

論文鏈接

　　（A）sLP-mCh熒光蛋白從供體細胞進入受體細胞；（B、C）遺傳工具小鼠構(gòu)建以及實驗策略；（D-F）以肝細胞作為供體細胞表達sLP-mCh，肝臟中非實質(zhì)細胞被標記為mCherry⁺；（G、H）sLP-mCh被用于在胰腺和心臟中標記鄰近細胞。

來源：中科院