Cunoștințele noastre despre originea și identitatea celulară a celulelor spumoase in vivo sunt izbitor de limitate, având în vedere natura omniprezentă a acestor celule în leziunile aterosclerotice și rolul lor critic în patogeneza leziunilor, inclusiv consecințele clinice în stadii tardive, cum ar fi infarctul miocardic sau accidentul vascular cerebral. În studiile patologice umane privind leziunile avansate1 , celulele spumoase, sau celulele bogate în lipide, au fost identificate pentru prima dată ca fiind macrofage cu ajutorul anticorpilor monoclonali CD68, CD45 și HLA clasa II (cluster of differentiation 68, cluster of differentiation 45 și antigenul leucocitelor umane clasa II).2 Cu toate acestea, aceste studii au fost urmate rapid de studii cu anticorpi de actină îmbunătățiți care au raportat că celulele musculare netede (SMC) ar putea, de asemenea, să dea naștere la celule spumoase, atât în leziuni umane avansate, cât și în stadii incipiente.3,4 Cu toate acestea, studii recente de urmărire a liniei genetice efectuate de laboratorul nostru5-7 și de alții8 au arătat că utilizarea exclusivă a genelor marker pentru a atribui originea celulelor nu este o abordare fiabilă în contextul unei leziuni aterosclerotice. Într-adevăr, s-a demonstrat că SMC își pot pierde markerii contractili și pot exprima markerii macrofagieni, cum ar fi CD68,5 celulele endoteliale și macrofagele pot suferi o tranziție mezenchimală și pot exprima markerii SMC,9-11 iar unele celule din leziunile umane exprimă atât CD68, cât și ACTA2 (alfa 2 actina), ceea ce confundă și mai mult înțelegerea noastră cu privire la originea celulelor spumoase din cadrul leziunilor.5,12

Vezi articolul însoțitor de la pagina 876

În acest număr al revistei Arteriosclerosis, Thrombosis, and Vascular Biology, Wang et al13 oferă dovezi intrigante că 60% până la 70% din celulele spumoase din leziunile aterosclerotice de șoarece sunt de origine SMC și nu leucocitare. Este important faptul că concluziile se bazează pe o utilizare impresionantă a unor metode complementare, inclusiv pe șoareci care trasează linia SMC, pe metode specializate de citometrie în flux care păstrează celule spumoase de origine leucocitare și nonleucocitare și pe demonstrarea faptului că celulele spumoase derivate din SMC par a fi negative pentru markerul panleucocitare CD45. Această ultimă observație este importantă deoarece același grup a demonstrat anterior că >50% din celulele spumoase din leziunile coronariene avansate umane sunt ACTA2+ CD68+, dar CD45-, sugerând că celulele derivate din nonleucocite sunt, de asemenea, sursa principală de celule spumoase în leziunile umane, nu monocite-macrofage, așa cum s-a presupus mult timp.14,15 Deși datele de la șoareci par convingătoare, interpretarea datelor umane rămâne controversată, deoarece depinde în totalitate de presupunerea nedovedită că toate celulele spumoase derivate din leucocite din leziunile umane păstrează expresia CD45. O limitare suplimentară este imposibilitatea de a face o trasare riguroasă a liniei de descendență în studiile la om. Laboratorul nostru a dezvoltat anterior o metodă epigenetică care permite detectarea celulelor derivate din SMC pe baza detectării H3K4diMe (dimethylation of lysine 4 on histone 3) din regiunea promotoare Myh11 (myosin heavy chain 11) în secțiuni histologice.6 Cu toate acestea, această metodă va avea o utilitate limitată pentru analiza celulelor spumoase deoarece, așa cum au indicat Wang et al, este practic imposibil să se distingă celulele spumoase individuale în leziunile avansate. Așadar, cum ar putea fi rezolvate aceste limitări inerente?

Credem că soluția va fi găsită pe baza unor analize RNAseq monocelulare imparțiale (scRNAseq) ale leziunilor umane avansate, combinate cu studii complementare scRNAseq, citometrice în flux și citometrice în masă (CyTOF) ale leziunilor avansate de la șoareci aterosclerotici cu traseu de linie SMC. Deși au existat recent o serie de studii scRNAseq ale leziunilor aterosclerotice, până în prezent credem că acestea au avut limitări majore în ceea ce privește rezolvarea controversei de zeci de ani cu privire la sursa celulară majoră a celulelor spumoase. Aceste date evidențiază perspectivele unice oferite de tehnicile noi, dar îndeamnă, de asemenea, la prudență în interpretarea acestor studii și a altora și sugerează că explorarea în continuare a identității și a proprietăților celulare, utilizând o trasare riguroasă a liniei de descendență, împreună cu scRNAseq și teste avansate la nivel de proteine, reprezintă un domeniu crucial pentru cercetările viitoare.

Wang et al au folosit fixarea lipidelor urmată de colorarea cu BODIPY (boro-dipirrometilenă) și citometria în flux pentru a încerca să cuantifice și să caracterizeze celulele spumoase din aortele aterosclerotice de la șoareci ApoE-/-/- hrăniți cu dieta occidentală sau îmbătrâniți. O tehnică similară a fost utilizată de Kim et al16 pentru a izola celulele spumoase BODIPY+ SSChi din aortele murine aterosclerotice în vederea analizei prin RNAseq cu o singură celulă. Este important faptul că ambele studii au analizat aortele întregi și nu leziunile, astfel încât majoritatea celulelor analizate nu provin din leziunile aterosclerotice în sine, ci reflectă mai degrabă populațiile globale de celule din leziuni, mediu și adventice. Mai mult, Kim et al. s-au concentrat pe celulele CD45+ sortate pentru a stabili profilul populațiilor de macrofage din aorta murină, ceea ce, desigur, ar fi exclus celulele spumoase derivate din SMC descrise de Wang et al. Grupul a inclus în supliment date scRNAseq privind toate celulele spumoase BODIPY+SSChi. Interesant este faptul că aceste date arată celule pozitive pentru ACTA2 și Sm22a, care ar putea fi celulele spumoase derivate din alte leucocite descrise de Wang et al. în studiile lor. Cu toate acestea, este important faptul că rezultatele scRNAseq ar putea să nu fie o metodă fiabilă de cuantificare a originii celulelor spumoase, deoarece Winkels și colab. au găsit dovezi bazate pe deconvoluția RNAseq în masă, conform cărora tehnicile standard scRNAseq subeșantionează macrofagele și monocitele cu ≈65%.17 Acesta ar putea fi un motiv important pentru care grupurile interesate în special de populațiile de macrofage ar trebui să concentreze aceste celule cu ajutorul citometriei în flux înainte de analiză, o tehnică urmată în mai multe lucrări recente care descriu leucocitele din vasele de sânge aterosclerotice.16-18 Cu toate acestea, astfel de abordări sunt susceptibile de a compromite puterea potențială a scRNAseq de a detecta diversitatea tipurilor de celule și de a descoperi importanța populațiilor celulare necunoscute anterior în boală. Într-adevăr, prejudecățile noastre preconcepute nu se aplică numai la aportul de celule, ci și la interpretarea datelor scRNAseq, în care cercetătorii obțin un transcriptom întreg al populațiilor de celule aortice sau de leziuni și apoi procedează la denumirea tipului de celule pe baza utilizării câtorva markeri cunoscuți. Acest lucru contrazice scopul unei tehnologii menite să separe grupurile pe baza a sute sau mii de gene și poate duce, de asemenea, la confuzie pentru grupurile care studiază populații similare de celule.19,20 Această ultimă chestiune este deosebit de problematică, având în vedere lipsa de fiabilitate, acum bine stabilită, a utilizării câtorva gene marker convenționale și familiare pentru identificarea tipurilor de celule în cadrul leziunilor aterosclerotice în stadiu tardiv.5,9-11 Într-adevăr, Wang et al. recunosc că 20% din celulele spumoase non-SMC nu exprimă nici CD45, ceea ce indică faptul că acestea pot proveni dintr-o altă sursă sau din macrofage care nu mai exprimă CD45. Nicio tehnică nu este complet imparțială și, prin urmare, utilizarea mai multor tehnici complementare, inclusiv trasarea liniei de descendență, colorarea imunohistochimică, citometria în flux, CyTOF și secvențierea trebuie să fie standardul de aur pentru viitoarele studii care investighează identitatea celulară în ateroscleroză.

Amiguitatea în identificarea celulelor bazată pe utilizarea uneia sau doar a câtorva gene marker poate avea, de asemenea, implicații terapeutice critice. Adică, o terapie care poate avea efecte benefice în unele celule poate avea efecte dăunătoare asupra altor celule. Acest lucru este exemplificat în mod clar într-o lucrare recentă din Nature Medicine a grupului nostru21 care a arătat în mod neașteptat că investirea și reținerea SMC în interiorul calotei fibroase a leziunilor aterosclerotice avansate este dependentă de semnalizarea IL-1b și a receptorilor IL-1. În schimb, este, de asemenea, bine stabilit faptul că IL-1b contribuie la dezvoltarea aterosclerozei.22 În mod similar, Wang et al. au demonstrat că ABCA1 (casetă A1 de legare a ATP) este reglată în jos în celulele spumoase CD45-negative, ceea ce, potrivit autorilor, ar putea fi un mecanism pentru acumularea de lipide în timp de către acestea. Poate că diferențele subtile în ceea ce privește capacitatea tipurilor de celule de a răspunde la micro-mediul plăcii sunt esențiale pentru patogeneza leziunilor, deoarece tipurile de celule care au o funcție greșită rămân blocate. Într-adevăr, postulăm că celulele asemănătoare macrofagelor derivate din SMC sunt înlocuitori slabi ai celulelor fagocitare profesionale și sfârșesc prin a se înghesui cu lipide, dar au o capacitate limitată de a le elimina (Figura).

În concluzie, studiile raportate aici de Wang et al. oferă o legătură importantă între observațiile privind celulele spumoase în leziunile umane și modelele de șoareci și sugerează un rol subapreciat al SMC în formarea celulelor spumoase. Concluziile lui Wang et al. oferă dovezi convingătoare că sunt necesare mult mai multe cercetări în acest domeniu. Să sperăm că, prin utilizarea combinată a modelelor avansate de urmărire a stirpei la șoareci și a profilării transcripționale și proteomice imparțiale a celulelor din leziuni, putem defini cu mai multă acuratețe originile și funcțiile diverselor tipuri de celule prezente în leziuni și putem dezvolta noi abordări terapeutice puternice pentru a spori stabilitatea plăcii și a reduce complicațiile trombotice din stadiile târzii ale aterosclerozei.

Notele de subsol

.