Cardiovasc Res：肺动脉高压内皮细胞的单细胞测序分析

通讯作者：

Andrew Baker (BSc (Hons), PhD, FAHA, FESC, FMedSci, FRSE)

Head of Centre for Cardiovascular Science, Gustav Born Chair of Vascular Biology, Centre for Cardiovascular Science

The Queen's Medical Research Institute Edinburgh BioQuarter

研究目的：

众所周知，内皮细胞功能障碍驱使肺动脉高压的发生和发病机制，该研究旨在通过单细胞测序技术来寻找内皮细胞动力学的特点。

研究发现：

研究来自健康和 PAH 肺的小鼠 ECs，该研究使用了 Cdh5-CreERT2-TdTomato 小鼠系，其中 TdTomato 的 EC 特异性 Cdh5 驱动表达可被他莫昔芬诱导，并在所有 ECs 中保持。

为了进一步表征 PAH 和对照小鼠中不同的 EC 群体，该研究仅分析了 SingleR 定义为“内皮细胞”的细胞。合并对照样本的 UMAP 减少和聚类表明个体间变异，而不是细胞类型特异性聚类。因此，该研究使用 Seurat 集成工具来校正批次效应，这导致合并的对照样本有 7 个集群。EC 亚群识别基于规范标记，并由最近三个肺 ECs16、34、35 的 scRNA-seq 指导。正如预期的那样，基于 Nrp1 和 Sema3c 的富集，大多数 EC（大约 70%）属于一个被识别为毛细管 (CapillaryA)的簇。

为了确定 EC 亚群中 PAH 介导的转录变化，该研究整合了所有对照和 PAH 样本。在此综合分析中还确定了在对照和 PAH 的单独分析中确定的 7 个亚群。与对照样品相比，PAH 样品显示静脉 EC 的比例略高，其他 4 种血管类型特异性 EC（即动脉、毛细血管 A、毛细血管 B 和淋巴 EC）的比例相似。

为了了解这些转录变化的功能影响，对组分析中确定的 222 个 DEG 进行了 KEGG 通路富集分析。参与 T 细胞募集和激活 39 的抗原加工和呈递途径在所有血管类型的 EC和增殖细胞中富集。来自该途径不同片段的 17 个基因在 PAH 的动脉 EC 中上调。在动脉和毛细血管内皮细胞中观察到主要组织相容性复合物 II 类 (MHC-II) 及其伴侣 Cd74 的最高上调。然而，幼稚 T 细胞激活所需的 Cd80 和 Cd86 共刺激分子在对照和 PAH 中均表现出低表达。

为了确定特定于 CapillaryB ECs 的 PAH 介导的基因上调，根据它们在所有 EC 亚群和条件下的表达谱对所有 CapillaryB DEG 进行了分层聚类，并重点关注 37 个对 CapillaryB 中 PAH 表现出更强反应的基因。 基因本体分析表明，这些基因参与了定位和细胞死亡的调节。

为了评估 SuHx 小鼠 scRNA-seq 数据在人类 PAH 中的相关性，研究检查了具有 PAH 相关变异的人类基因的表达在小鼠 PAH ECs 中是否也发生了改变。从 PAH的 12 个高置信度遗传驱动因素中，有 4 个基因是鉴定出：水通道蛋白 (Aqp1)、Caveolin1 (Cav1)、骨形态发生蛋白受体 2 型 (Bmpr2) 和内皮糖蛋白 (Eng)。Aqp1 具有最高的倍数变化和严格的 DEG 集的一部分，在动脉、静脉、毛细血管 A 和淋巴管 EC 中上调。Cav1 也被上调，而 Bmpr2 和 Eng 被下调。

为了研究跨动静脉轴的 EC 分区，研究使用 Slingshot33 进行了计算机谱系追踪分析。细胞沿动静脉轴排列，并分别使用静脉、毛细血管 A 和动脉标志物 Prss23、Sema3c 和 Cxcl12 的表达来确认沿脉管系统的表达梯度。在动静脉轴上发现了对照和 PAH EC，它们的分布略有不同。这一观察结果可能反映了肺动脉扩张的小动脉和远端血管的丢失，这些都是 PAH 的特征。在沿该轴的 10 个切片中进行了严格的差异基因表达分析，确定了 33 个 DEG，轴的静脉区域中的 DEG 数量较少。该分析揭示了分区依赖性变化，血清/糖皮质激素调节激酶 1（Sgk1）和 Cd34 基因在毛细血管和动脉 EC 之间的连接处显示出上调峰值。

总体而言，该研究提供了对 EC 亚群对肺动脉高压反应多样性的高分辨率见解，并突出了未来治疗发展的新候选者。