纤维脂肪祖细胞(Fibroadipogenic Progenitor, FAP)分泌的前列腺素E?(Prostaglandin E?, PGE?)通过自分泌与旁分泌互作调控健康及营养不良性骨骼肌中干细胞命运

《Cell Death & Differentiation》：Fibroadipogenic progenitor–secreted prostaglandin E2 coordinates stem cell fate via autocrine and paracrine crosstalk in healthy and dystrophic muscle

　　

摘要：纤维脂肪祖细胞(Fibroadipogenic Progenitor, FAP)在骨骼肌稳态与再生中发挥关键作用，其可合成细胞外基质(ECM)组分并分泌细胞因子调控肌卫星细胞(又称肌肉干细胞，Muscle Stem Cell, MuSC)功能。FAP的数量与活性须被动态调控以避免其慢性累积及纤维化过度产生，然而FAP内源性调控自身命运决定的固有因子尚不清楚。研究人员发现FAP分泌的花生四烯酸代谢产物前列腺素E?(Prostaglandin E?, PGE?)是一种关键的自调节因子。通过脂质组学与单细胞转录组学(scRNA-seq)，研究人员证实静息态及再生过程中FAP是骨骼肌中PGE?的主要细胞来源。FAP分泌的PGE?发挥旁分泌效应，在稳态下维持MuSC池，并在损伤后刺激MuSC增殖；同时PGE?作为自分泌信号调控FAP的命运决定（促进凋亡）及亚群动态平衡。急性或慢性给予抑制前列腺素合成酶COX2(Cyclooxygenase-2, Ptgs2)的非甾体抗炎药(NSAID)可使损伤后FAP含量升高。利用Pdgfrα-CreERT2_Cox2flox小鼠，研究人员证实FAP中条件性敲除COX2可导致FAP增多、纤维化增加及肌肉再生受损，该表型可被外源性PGE?挽救。此外，杜氏肌营养不良(Duchenne Muscular Dystrophy, DMD)小鼠模型中FAP的PGE?产生受损，外源给予PGE?可减少FAP数量、降低纤维化沉积并增强肌力。综上，本研究揭示了PGE?超越炎症功能的新型角色，阐明FAP内源性调控自身细胞命运的机制，为肌肉损伤与营养不良性疾病提供了治疗新靶点。

论文解读：FAP源性PGE?通过自分泌与旁分泌互作调控骨骼肌再生及杜氏肌营养不良中FAP稳态

研究背景与立项依据

骨骼肌再生依赖肌卫星细胞(Muscle Stem Cell, MuSC/卫星细胞)与间充质来源的纤维脂肪祖细胞(Fibroadipogenic Progenitor, FAP)。FAP可分泌细胞外基质(ECM)及旁分泌因子支持MuSC功能，并在损伤后须被清除以防止纤维化。目前已知巨噬细胞源性TNF-α可在亚急性阶段诱导FAP凋亡，但FAP自身的固有调控机制——尤其是生物活性脂质（如类花生酸Eicosanoids）在FAP命运决定中的作用——尚不明晰。杜氏肌营养不良(Duchenne Muscular Dystrophy, DMD)以FAP异常累积及肌内膜纤维化为特征，探索FAP自主调控通路具重要病理与治疗意义。本文发表于《Cell Death & Differentiation》（原文期刊为Cell Death & Disease相关子刊语境，按用户给定信息处理）。

主要关键技术方法概述

研究采用体外原代FAP与MuSC共培养及条件培养基(Conditioned Medium, CM)实验；构建Pdgfrα-CreER^T2_Cox2^flox（FAP特异性COX2条件性敲除，FAPs-COX2^iKO）小鼠模型；使用COX2选择性抑制剂NS398进行急/慢性药理抑制；通过液相色谱-串联质谱(LC-MS/MS)靶向脂质组学检测生物活性脂质；单细胞RNA测序(scRNA-seq)数据集分析及CellChat细胞互作推断；原代FAP中经RT-qPCR、Western blot检测COX2/EP4/PGE?代谢酶、ELISA定量PGE?；体外PGE?处理FAP进行Bulk RNA-seq、Annexin V/PI流式细胞术检测凋亡、Ki67免疫荧光检测增殖；体内采用Cardiotoxin(CTX)损伤模型，进行肌力测试、组织学（Laminin、Pax7、PDGFRα、Sirius Red、TUNEL染色）及体内PGE?救援/治疗实验；采用野生型(WT)、mdx及mdx/utrn^+/?DMD模型鼠。

研究结果

FAPs are the main source of PGE2 in healthy muscle（静息与再生骨骼肌中FAP是PGE?的主要来源）

脂质组学显示原代FAP优先产生花生四烯酸衍生的PGE?与8-iso-PGE?。分析静息肌及再生各时间点(0–21 dpi)的scRNA-seq数据发现，FAP高表达Pge?合成酶基因Ptgs2(COX2)与Ptges，高于MuSC、肌管及巨噬细胞；蛋白水平FAP的COX2及培养上清PGE?也显著高于成肌细胞。表明FAP是静息态及再生全程骨骼肌中PGE?的主要细胞来源。

FAPs-mediated PGE2 signaling has a paracrine effect on MuSCs（FAP源性PGE?对MuSC具旁分泌促增殖与维持干细胞池作用）

CellChat分析预测FAP→MuSC通过Ptgs2–Ptger4(EP4受体)配体-受体对互作。FAP条件培养基促进MuSC增殖，经NS398或FAPs-COX2^iKO缺失COX2使CM中PGE?下降后，该促增殖效应减弱。体内FAPs-COX2^iKO小鼠静息态TA肌中PGE?减半，6个月后MuSC池减少约25%，肌纤维尺寸与肌力无早期改变，证实FAP分泌PGE?旁分泌维持MuSC静息池。

PGE2 mediates an autocrine effect on FAPs through the EP4 receptor（PGE?经EP4受体对FAP发挥自分泌抑制增殖并促进凋亡的作用）

scRNA-seq与RT-qPCR/Western blot证实FAP特异性表达PGE?受体Ptger4(EP4)。外源PGE?处理FAP抑制ERK1/2表达与磷酸化、下调增殖相关基因、减少Ki67⁺细胞并增加Annexin V⁺凋亡比例；FAPs-COX2^iKO中缺失内源PGE?则Ki67⁺增多；EP4拮抗剂GW627368阻断PGE?抗增殖效应并本身促进FAP增殖，证明FAP源性PGE?通过EP4自分泌抑制FAP增殖并诱导凋亡。

Pharmacological inhibition of COX2 impairs FAPs dynamics and delays muscle regeneration（药理抑制COX2损害FAP动态平衡并延迟肌肉再生）

损伤急性期(0–2 dpi)给予NS398使伤后3天FAP数量升高约2.7倍、凋亡减少，21 dpi时肌纤维横截面积与最小费雷特直径(Minimal Feret Diameter, MFD)减小、肌力下降、FAP持续累积；亚急性期(5–21 dpi)给予NS398不影响纤维尺寸与肌力但同样导致FAP增多。提示急性期COX2/PGE?对MuSC扩增与再生关键，而全阶段PGE?参与FAP回归基线水平。

Conditional COX2 knock-out in FAPs delays muscle regeneration（FAP条件性敲除COX2延迟肌肉再生、增加FAP与纤维化）

FAPs-COX2^iKO小鼠损伤后3天TA中PGE?降85%。10 dpi肌纤维大小无差异，21 dpi出现肌纤维变小、绝对肌力降低、疲劳耐受下降，伴FAP数目增多与Sirius Red阳性胶原面积增加。伤后10–21 dpi外源给予PGE?(5 μg/kg)可完全挽救FAP数与纤维化至野生型水平，肌纤维大小部分恢复，证实FAP源性PGE?对FAP自身稳态回归及后期再生修复至关重要。

PGE2-FAPs autoregulatory network is impaired in DMD and can be rescued by PGE2 administration（DMD中FAP的PGE?自调控网络受损且可被外源PGE?挽救）

分析WT、mdx及mdxD2小鼠scRNA-seq显示DMD模型中FAP的Ptgs2与Ptges表达下调、PGE?降解酶Hpgd上调；原代mdx FAP中Ptgs2 mRNA与分泌PGE?低于WT。FAP亚群分析示Dpp4⁺FAP（组织维持亚型）为主要Ptgs2表达群且在DMD中减少且簇内Ptgs2表达下降；促纤维化FAP高表达Ptger4。mdx FAP较WT增殖更快，外源PGE?可将其增殖回调。提示DMD中FAP PGE?自调控缺陷致FAP累积。

PGE2 administration ameliorates the dystrophic mice phenotype（外源PGE?改善营养不良小鼠表型）

mdx/utrn^+/?小鼠每两日给PGE?(5 μg/kg)共3周，比目鱼肌/伸趾长肌(EDL)特异性肌力增强，MuSC池扩大56%，FAP数降29%伴TUNEL⁺FAP凋亡增加，膈肌胶原沉积减半，肌纤维MFD与肌纤维类型无改变，炎性巨噬细胞比例无变。证明外源PGE?通过促进FAP凋亡、减FAP数及抗纤维化改善DMD肌力。

讨论与结论总结（翻译浓缩）

本研究揭示COX2/PGE?在FAP稳态、再生及疾病中的枢纽作用：FAP分泌PGE?通过旁分泌(EP4–MuSC)维持MuSC池并促伤后增殖，通过自分泌(EP4–FAP)抑制自身增殖并诱导凋亡以限制累积与纤维化。FAP是骨骼肌PGE?主要来源，此作用延续至再生后期助组织复原。DMD中Dpp4⁺FAP减少且Ptgs2下调致PGE?自调控失效，促成FAP累积与纤维化。早期NSAID抑制COX2延滞再生，晚期抑制延缓FAP归巢稳态。外源PGE?或抑制PGE?降解酶（如15-PGDH/Hpgd）是潜在抗纤维化策略。结论：FAP内源性PGE?分泌构建了调控自身命运并协调MuSC的新型细胞互作轴，为肌肉损伤与DMD治疗提供新方向。