单细胞 RNA 测序揭示动脉瘤性肾下腹主动脉的细胞异质性

2022-03-14 16:46:47 浏览数 (1)

文章信息

题目：Single-cell RNA sequencing reveals the cellular heterogeneity of aneurysmal infrarenal abdominal aorta 日期：2021-04-23 期刊：Cardiovasc Res 链接：https://academic.oup.com/cardiovascres/article/117/5/1402/5873151?login=false

摘要

腹主动脉瘤 (AAA) 是一种危及生命的心血管疾病，其特征是与正常直径相比，动脉壁永久性扩张 50% 或更多。AAA 的主要病理特征包括细胞外基质 (ECM) 降解, 内侧收缩血管平滑肌细胞 (VSMC) 丢失, 以及外膜和中膜中的免疫细胞浸润和活化，所有这些都会加重血管重塑和主动脉壁的弱化。

首次使用 scRNA-seq 对来自健康和动脉瘤小鼠肾下腹主动脉 (IAAs) 的血管细胞的谱系异质性、转录组谱改变和功能状态进行全面分析。

首先是分群

外膜周围弹性蛋白酶诱导的 AAA 第 7 天和第 14 天，对来自 C57BL/6J 小鼠的肾下腹主动脉 (IAAs) 进行单细胞 RNA 测序，对超过 4500 个主动脉细胞的转录谱进行无偏聚类分析，确定了代表 9 个细胞谱系的 17 个簇，包括血管平滑肌细胞 (VSMC)、成纤维细胞、内皮细胞、免疫细胞（巨噬细胞、T 细胞、B 细胞和树突细胞） ，以及两种稀有细胞，包括神经细胞和红细胞。

9个细胞谱系分别是：

  • SMC（簇 1、2、3、4），高度表达 SMC 经典标记、Myh11、Tagln 和 Acta2；
  • 成纤维细胞 (Fibro, Clusters 5, 6)，其特征在于表达胶原蛋白/胶原蛋白结合蛋白、Dcn、Col1a1 和 Col3a1
  • ECs (Cluster 7)，以 Cdh5、Pecam1 和 Fabp4 的表达为标志
  • 单核细胞和巨噬细胞（Mo/MΦ，簇 8、9、10、11 和 12），它们显示出 Cd68、Cdca3 和 C1qb 的高表达
  • B 细胞（B，Cluster 13），高表达 Cd79a、Ly6d 和 Cd79b；(vi) T 细胞（T，Cluster 14），显示出高水平的 Cd3d、Cd3g 和 Cd28
  • T 细胞（T，Cluster 14），显示出高水平的 Cd3d、Cd3g 和 Cd28
  • 树突状细胞 (DCs, Cluster 15)，高度表达标记基因 Cd209a、Ccr7 和 Ifitm1
  • 具有标记基因 Prnp 的一小群神经细胞（Neural，Cluster 16）
  • 具有高表达 Bpgm 和 Snca 的一小群红细胞（Eryth，Cluster 17）

动脉瘤性肾下腹主动脉平滑肌细胞减少和免疫细胞扩增

检查了 IAA 内的细胞亚群，在确定的细胞类型中，SMC、成纤维细胞和单核细胞/巨噬细胞聚集成多个亚群：

  • 四个 SMC 簇（1，SMC_1；2，SMC_2；3，SMC_3；4，SMC_4），
  • 两个成纤维细胞簇（5，Fibro_1；6 ，Fibro_2）和五个 Mo/MΦ 簇（8，Mo/MΦ_1；9，Mo/MΦ_2；10，Mo/MΦ_3；11，Mo/MΦ_4；12，Mo/MΦ_5）

还观察到IAA细胞在单细胞水平上的主动脉瘤相关细胞反应，包括SMC数量减少和免疫细胞数量增加，与确定的SMCs和免疫细胞的病理变化一致。

成纤维细胞和总免疫细胞的比例相似，分别占20.3%和18.1%；在免疫细胞中，Mo/MΦ是最大的群体，占免疫细胞的55.7%

四个不同的 SMC cluster

即使在 AAA 形成后总 SMC 显著减少，SMC_1、SMC_2 和 SMC_3 在 AAA 发展过程中也成比例减少并表现出相似的比率；相比之下，SMC_4 从 Sham 和 Elastase7d 中的不到 2% 增加到 Elastase14d 中的 10%

尽管所有四个簇都被确定为 SMC，但它们仍然具有不同的表达谱，于是确定了四个簇之间的差异表达基因：

  • SMC_1 和 SMC_2 均表现出 SMC 特异性收缩标志物（Myh11、Acta2、Tagln 和 Myl9）的持续高表达和胶原蛋白和细胞因子基因（Col1a1、Col1a2、Col3a1、Ccl4、Cxcl1、Bmp2 和 Tgfb2）的低表达
  • SMC_1 和 SMC_2 在弹性蛋白酶处理后表现出相似的基因表达模式，包括 Myh11 和 Tagln 的轻微下调，以及 Ctss、Adamts1、Cxcl2 和 Ccl2 的显著上调
  • 在 SMC_3 的标记基因中，分别编码抗氧化金属硫蛋白 1 和 2 的 Mt1 和 Mt2 显示出选择性表达，另外SMC_3 显示出显著更高的 Hk2 表达，它编码糖酵解酶己糖激酶 2。Hk2 升高的表达可能会驱动能量从氧化磷酸化到糖酵解的能量转换，以响应能量衰竭。因此，与其他三个 SMC 集群相比，SMC_3 可能具有替代的生物能量学特征
  • SMC_4，多个标记基因被选择性地高表达，包括 Sparcl1、Igfbp5、Sncg 和 Thbs1。Notch3 是一种动脉分化和 VSMC 成熟的细胞自主调节因子，在 SMC_4 中也特异性和高度表达。表明SMC_4是促炎表型，并在 AAA 发展后期增加，因此被称为炎症样 SMC。
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