肾纤维化中肌成纤维细胞起源之谜：新型谱系示踪技术揭示驻留成纤维细胞是主要来源

《Nature Communications》：Tracing the origin of myofibroblasts in kidney fibrosis

本研究针对肾纤维化中肌成纤维细胞（myofibroblast）起源这一长期争议，开发了EMTracer、EndoMTracer和MMTracer等新型双重组酶介导的谱系示踪工具。研究系统性地排除了上皮细胞（EMT）、内皮细胞（EndoMT）和巨噬细胞（MMT）通过完全或部分间质转化成为肌成纤维细胞的可能性，并证实驻留成纤维细胞是其主要来源。该发现为慢性肾脏病（CKD）的治疗策略提供了新的方向，提示应聚焦于成纤维细胞特异性通路。

　　

慢性肾脏病（CKD）是一个全球性的健康问题，影响着超过10%的人口。当肾脏受到持续损伤时，会启动一个名为“纤维化”的修复过程，但这往往适得其反，导致肾脏组织形成瘢痕，功能逐渐丧失。在这个过程中，一种名为“肌成纤维细胞”的细胞扮演了关键角色。它们通常很少出现在健康的肾脏中，但在纤维化过程中会大量增殖，并成为产生过量细胞外基质（ECM）的主要“罪魁祸首”，最终导致肾脏硬化。

然而，这些在纤维化中作恶的肌成纤维细胞究竟从何而来？这个问题在肾脏病研究领域已经争论了二十多年。过去的研究提出了多种假说：有人认为它们是由肾脏自身的上皮细胞通过“上皮-间质转化（EMT）”转变而来；也有人认为它们源自血管的内皮细胞（EndoMT）或从血液中招募来的巨噬细胞（MMT）。尽管驻留的成纤维细胞也被认为是来源之一，但其他细胞来源的争议一直存在，部分原因是传统的技术手段难以精确区分这些细胞，尤其是在它们紧密相邻的情况下，容易产生误判。

为了彻底解决这一争议，来自西湖大学何灵娟团队的研究人员开发了一套强大的遗传学工具，对肾脏中的多种细胞进行了“寻根溯源”。他们发现，肌成纤维细胞并非由其他细胞“变身”而来，而是主要来源于肾脏中原本就存在的驻留成纤维细胞。这项题为《Tracing the origin of myofibroblasts in kidney fibrosis》的研究于2025年发表在《Nature Communications》上，为理解肾纤维化的发病机制提供了新的视角。

关键技术方法

本研究主要采用了遗传谱系示踪技术。研究人员构建了多种他莫昔芬诱导的CreER小鼠品系，包括Hnf4a-CreER（标记近端肾小管上皮细胞）、Cdh1-CreER（标记非近端肾小管上皮细胞）、Cdh16-CreER（标记所有肾小管上皮细胞、壁层上皮细胞和尿路上皮细胞）、Cdh5-CreER（标记内皮细胞）、Lyz2-CreER（标记募集的巨噬细胞）和Cx3cr1-CreER（标记驻留巨噬细胞）。这些小鼠与NR1报告基因小鼠交配，用于传统的谱系示踪。此外，研究团队还开发了创新的双重组酶系统XMTracer（包括EMTracer、EndoMTracer和MMTracer），该系统结合了Cre-loxP和Dre-rox系统，能够永久性地标记那些曾短暂或低水平表达α-平滑肌肌动蛋白（αSMA）的细胞及其后代，从而直接可视化“部分间质转化”事件。所有实验均使用单侧输尿管梗阻（UUO）模型诱导小鼠肾纤维化，并通过免疫荧光染色、流式细胞术和PCR等技术对结果进行分析。

研究结果

1. 近端肾小管上皮细胞在肾纤维化中不发生EMT

研究人员首先构建了Hnf4a-CreER小鼠，该品系能特异性且高效地标记近端肾小管上皮细胞（TECs）。通过传统的谱系示踪方法，他们发现，在UUO诱导的肾纤维化模型中，被标记的近端肾小管上皮细胞始终保持着上皮细胞的特性，没有转化为表达αSMA的肌成纤维细胞。为了捕捉可能存在的、短暂的αSMA表达（即“部分EMT”），他们开发了“近端肾小管上皮细胞EMTracer”系统。该系统能够永久性地记录下任何曾表达αSMA的细胞。结果显示，在纤维化的肾脏中，没有检测到任何被标记的细胞，表明近端肾小管上皮细胞既没有发生完全的EMT，也没有发生部分EMT。

2. 非近端肾小管上皮细胞在肾纤维化中不发生EMT

接下来，研究人员利用Cdh1-CreER小鼠标记了非近端肾小管上皮细胞。传统的谱系示踪同样显示，这些细胞在纤维化过程中没有转化为肌成纤维细胞。然而，当他们使用Cdh1-CreER驱动的EMTracer系统时，在纤维化晚期的肾脏中观察到了被标记的细胞。令人惊讶的是，这些细胞并非位于肾小管中，而是位于肾盂的尿路上皮（UroCs）中。这些被标记的细胞仍然表达上皮细胞标志物EpCAM，而不表达成纤维细胞标志物PDGFRa，这表明尿路上皮细胞发生了“部分EMT”，即它们短暂地表达了αSMA，但并未完全转化为肌成纤维细胞。

3. 壁层上皮细胞和尿路上皮细胞发生部分EMT，而非肾小管上皮细胞

为了更全面地评估所有肾上皮细胞，研究人员构建了Cdh16-CreER小鼠，该品系能标记所有肾小管上皮细胞、壁层上皮细胞（PECs）和尿路上皮细胞。传统的谱系示踪再次证实，这些细胞都没有转化为肌成纤维细胞。然而，当使用Cdh16-CreER驱动的EMTracer系统时，研究人员在纤维化的肾脏中清晰地观察到了被标记的细胞。这些细胞主要位于肾小囊的壁层上皮和肾盂的尿路上皮中，而在肾小管上皮细胞中几乎没有发现。这些被标记的细胞仍然表达各自的上皮细胞标志物（WT1或EpCAM），而不表达成纤维细胞标志物，这进一步证实了壁层上皮细胞和尿路上皮细胞在肾纤维化中发生了可逆的、非转化性的“部分EMT”。

4. 内皮细胞在肾纤维化中不发生EndoMT

研究人员利用Cdh5-CreER小鼠对内皮细胞进行了谱系示踪。通过高分辨率的Z轴共聚焦成像分析，他们发现被标记的内皮细胞与肌成纤维细胞在空间上非常接近，但并未发生重叠，表明内皮细胞没有通过EndoMT转化为肌成纤维细胞。为了更精确地检测，他们使用了EndoMTracer系统。结果显示，在纤维化肾脏中，仅有极少数（约0.05%）的内皮细胞被标记，且这些细胞仍然保持内皮细胞特性，表明发生了极其罕见的“部分EndoMT”，但其贡献可以忽略不计。

5. 巨噬细胞在肾纤维化中不发生MMT

为了评估巨噬细胞的贡献，研究人员分别使用Lyz2-CreER（标记募集的巨噬细胞）和Cx3cr1-CreER（标记驻留巨噬细胞）进行了谱系示踪。结果显示，无论是募集的还是驻留的巨噬细胞，都没有转化为肌成纤维细胞。随后，他们构建了MMTracer系统，该系统同样没有检测到任何巨噬细胞来源的肌成纤维细胞或发生部分MMT的巨噬细胞。

6. 肌成纤维细胞主要来源于驻留成纤维细胞

最后，研究人员利用Colla2-CreER小鼠标记了肾脏中的成纤维细胞。传统的谱系示踪显示，在纤维化过程中，被标记的成纤维细胞大量增殖，并表达肌成纤维细胞标志物αSMA。为了直接可视化成纤维细胞的激活过程，他们构建了成纤维细胞示踪系统。结果显示，在纤维化早期，约41%的成纤维细胞被激活并转化为肌成纤维细胞；到纤维化晚期，这一比例高达90%以上。这些被标记的细胞高表达αSMA和PDGFRa，证实了它们就是致病的肌成纤维细胞。

结论与意义

本研究通过开发一系列先进的遗传谱系示踪工具，系统性地回答了肾纤维化中肌成纤维细胞的起源问题。研究结果表明，肌成纤维细胞主要来源于肾脏中驻留的成纤维细胞，而过去备受争议的上皮细胞（EMT）、内皮细胞（EndoMT）和巨噬细胞（MMT）均未通过完全或部分间质转化过程成为肌成纤维细胞。

这一发现具有重要的生物学和转化医学意义。首先，它终结了关于肌成纤维细胞起源的长期争议，将研究焦点重新集中到成纤维细胞本身。其次，研究揭示了壁层上皮细胞和尿路上皮细胞在纤维化过程中会发生“部分EMT”，这为理解肾脏不同区域对损伤的应激反应提供了新的线索。最后，该研究为开发针对慢性肾脏病的治疗策略指明了方向：与其试图阻止其他细胞类型的转化，不如直接靶向成纤维细胞的活化、增殖或细胞外基质产生通路，这可能会带来更有效的治疗效果。