單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序在肺動(dòng)脈高壓的研究進(jìn)展

單細(xì)胞組學(xué)的發(fā)展為肺動(dòng)脈高壓的分子機(jī)制研究提供了從細(xì)胞層面理解疾病的功能障礙。PH定義為在海拔水平、靜息狀態(tài)下通過右心漂浮導(dǎo)管測(cè)得的肺動(dòng)脈平均壓力達(dá)到或超過25mmHg(1mmHg=0.133kPa)的一類肺血管病癥[1],包含5類臨床亞型：(1)動(dòng)脈性PH(pulmonaryarterialhypertension,PAH); (2)左心疾病相關(guān)的PH;(3)肺疾病相關(guān)的PH;(4)慢性血栓栓塞性PH(c致的PH。全球范圍內(nèi)，PH的發(fā)病率估計(jì)為每10萬人中15~50例，女性的患病率顯著高于男性，確診后平均生存期約為2.8年[2]。當(dāng)前針對(duì)肺動(dòng)脈高壓的治管阻力[2-5]。盡管臨床試驗(yàn)結(jié)果具備效用，但療效不一、耐藥性發(fā)展、預(yù)后改善有限等問題仍然存在，迫切需要探索新的研究方向和治療目標(biāo)[6-7]。表型或現(xiàn)象，無法從更高的高維度去觀察、解釋生物學(xué)現(xiàn)象。以Illumina為代單次實(shí)驗(yàn)中獲得成千上萬個(gè)分子或基因的信息[8]。而圍繞中心法則開展的不同類型的組學(xué)測(cè)序技術(shù)(如轉(zhuǎn)錄組學(xué)、基因組學(xué)、蛋傳組學(xué)和微生物組學(xué)等)大量應(yīng)用，結(jié)合生物信息學(xué)分析方轉(zhuǎn)錄組學(xué)(RNAsequencing,RNA-seq)利RNA進(jìn)行捕獲、測(cè)序、計(jì)數(shù)和注釋，并由此推斷基因的表達(dá)水平[9]。最初的轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究主要是通過使用微陣列芯片(microarray)和轉(zhuǎn)錄組測(cè)序(bulk反映樣品整體的轉(zhuǎn)錄譜改變。PH發(fā)展過程中存在肺血管重塑(內(nèi)皮細(xì)胞凋亡和病理性增殖、平滑肌細(xì)胞增殖等)和大量炎癥細(xì)胞浸潤(T細(xì)胞、B細(xì)胞等)[10-12],甚至同一基因在不同細(xì)胞存在相反的表現(xiàn)[13]。因此，有必要在更精確的單細(xì)胞水平上了解PH對(duì)細(xì)胞亞型的影響。相比于表達(dá)芯片和轉(zhuǎn)錄組測(cè)序 [14-15],單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)通過微流控或微孔板技術(shù)捕獲和標(biāo)記單個(gè)細(xì)胞的分改變進(jìn)行捕獲[16]。單細(xì)胞RNA測(cè)序(single-cellRNAsequencing,scRN的PH模型反映了由缺氧因素導(dǎo)致的PH(如肺疾病或高原性PH)的病理改變[17],慢性缺氧聯(lián)合SU5416(chronichypoxiacombinedwithSU5416,SuHx)和野百合堿(monocrotaline,MCT)誘導(dǎo)的模型模擬1型PH(如PAH)。然而，Hx都能誘發(fā)嚴(yán)重的PH表型，但是特發(fā)性肺動(dòng)脈高壓(idiorterialhypertension,IPA中觀察到；而MCT能誘發(fā)更顯著的肺血管周圍炎癥細(xì)胞浸潤或者更具體地說，適用于哪一類人類PH[19-20]。NA測(cè)序技術(shù)對(duì)PH研究的影響。此外，我eq和scRNA-seq研究，探討PH動(dòng)物模型與人類PH的關(guān)系，為進(jìn)一步揭示PH高通量組學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展使得PH的發(fā)病機(jī)制被更深層次地解析。在單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)出現(xiàn)以前，研究者使用微陣列芯片和bulkRNA-seq是主要研究手段 [9]。Rhodes等[14]對(duì)359例特發(fā)性、遺傳性和藥物誘發(fā)的PAH患者和72名健康對(duì)照者的全血樣本進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測(cè)序(RNAsequencing,RNA-se度有關(guān)，尤其是SMAD5基因變異可能會(huì)增加PAH的易感性。Elinoff等[15]收集了7項(xiàng)研究(共156例PH患者和110名健康對(duì)照者)的全基因組血液表達(dá)譜數(shù)據(jù)，利用Meta分析揭示了1269個(gè)差異表達(dá)的獨(dú)特基因轉(zhuǎn)錄本，發(fā)現(xiàn)干擾素、性激活，該研究揭示了PH患者血液中穩(wěn)定且普遍的轉(zhuǎn)錄組特征，有助于確定生物標(biāo)志物和治療靶點(diǎn)。此外，部分研究者把高通量組學(xué)應(yīng)用在PH動(dòng)物模型中[21-24]。Xiao等[23]采用RNA-seq技術(shù)研究了對(duì)照組大鼠和注射MCT大鼠在不同時(shí)期的肺組織轉(zhuǎn)錄組學(xué)變化，發(fā)現(xiàn)Toll樣受體和Nod樣受體通路的激活與損傷相關(guān)分子模式(damage-associatedmolecularpattern,DAMP)的上調(diào)有關(guān)，而RIPK3介導(dǎo)的壞死促成了MCT誘導(dǎo)的PH中DAMP的產(chǎn)生。IPAH是1型PH的亞分類，主要由已知的罕見致病基因變異引起[2],其中大多為骨形態(tài)發(fā)生蛋白受體Ⅱ(bonemorphogeneticproteinreceptorteⅡ,BMPR2)基因突變[25]。病理學(xué)和細(xì)胞學(xué)研究已經(jīng)揭示了IPAH的發(fā)生過程：血管內(nèi)膜的肺動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞(pulmonaryarterialendotheli肺動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞(pulmonaryarterial收縮，導(dǎo)致血管重塑與收縮功能加強(qiáng)[10]。在病變后期，病理性的PAEC增生，成纖維細(xì)胞增生和肌化和炎癥細(xì)胞浸潤等[11],但是這些細(xì)胞參與的IPAH發(fā)Crnkovic等[26]對(duì)3例IPAH患者的和3例健康對(duì)照的肺動(dòng)脈組織進(jìn)行單胞減少。細(xì)胞通訊分析發(fā)現(xiàn)健康對(duì)照組的細(xì)胞間交流分布均勻且等[28]通過分離提取IPAH患者肺組織的PAEC,把PAEC分為8個(gè)獨(dú)特的亞群，顯著改變。Zhang等[29]通過分選IPAH患者外周血中性粒細(xì)胞并進(jìn)行單細(xì)胞nathan等[30]收集了手術(shù)剝離的CTEPH患者的肺動(dòng)脈內(nèi)膜組織，通過單細(xì)胞R多種細(xì)胞類型之間的復(fù)雜相互作用。該研究還提出蛋白酶激活受體1(protease血管重塑，而PAR1可能是治療的潛在靶點(diǎn)。另一項(xiàng)單細(xì)胞組學(xué)研究[31]從5例CTEPH患者的肺動(dòng)脈內(nèi)膜切除組織中鑒定出11種細(xì)胞類型。軌跡推斷分析顯低氧性PH屬于3型肺動(dòng)脈高壓，主要由高原低氧或肺部疾病低氧所致。Wu等[32]描繪了高原性PH患者外周血中的免疫細(xì)胞的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄圖譜，揭示了單核細(xì)胞具有獨(dú)特的表型。患者的外周血單個(gè)核細(xì)胞(peripheralbloonuclearcells,PBMC)中，C1型(非經(jīng)典型)和C2型(中間型)單核細(xì)胞比例顯著增加，而與高原性PH相關(guān)的單核細(xì)胞亞群的低氧誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄因子-1a(hypoxiainducibletranscriptionfactor-1a,HIF-la)表并與高原性PH進(jìn)行比較。結(jié)果顯示，11種主要免疫細(xì)胞類型的在兩者之間的分PH動(dòng)物模型是研究藥物和治療靶點(diǎn)的關(guān)鍵載體。動(dòng)物模型的疾病狀態(tài)可能與人類疾病存在差異，多種藥物在動(dòng)物模型中表現(xiàn)優(yōu)異中展現(xiàn)預(yù)期治療效果，限制了研究結(jié)果的轉(zhuǎn)化應(yīng)用[22]。單細(xì)胞組學(xué)提供了獨(dú)特的角度揭示PH患者與動(dòng)物模型的差異。Hong等[33]分析PH大鼠模型肺組部細(xì)胞進(jìn)行分析，揭示了NF-kB信號(hào)通路的普遍上調(diào)和IFN信號(hào)通路的下調(diào)。kB通路的強(qiáng)烈激活。與人類PH遺傳位點(diǎn)和已知疾病基因的整合分析評(píng)估了這些模型與人類PH的相關(guān)性。該研究在單細(xì)胞分辨率上首次揭示了兩種常用PH作者進(jìn)一步深入分析了PAECs表達(dá)模式發(fā)現(xiàn)了一種由Tm4sf1(在癌癥中強(qiáng)烈表達(dá)的基因)標(biāo)記的、具有獨(dú)特轉(zhuǎn)錄組特征的內(nèi)皮細(xì)胞亞群2(arterialtype2,新的Tm4sf1標(biāo)記的大鼠肺內(nèi)皮細(xì)胞亞群，并且證明了其對(duì)PAH的相關(guān)性[34]。此外，Rodor等[34]深入分析了SuHx-PH小鼠模型的PAEC轉(zhuǎn)錄水平改變，并特別是主要組織相容性復(fù)合體Ⅱ(them動(dòng)性和血管生成相關(guān)基因的上調(diào)。這些與小鼠PH發(fā)病有關(guān)的高表達(dá)基因有51%在不同物種中(人類和大鼠)也存在同步上調(diào)。通過在體外實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，CD74被軸線上的變化，并強(qiáng)調(diào)了Sgk1在動(dòng)靜脈過渡區(qū)的重要性。這些發(fā)現(xiàn)更深刻地揭素。研究者可以把基因編輯技術(shù)應(yīng)用于PH動(dòng)物模型的研究，并聯(lián)合單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)，以闡明重要基因更深層次的影響。Isobe等[35]在內(nèi)皮細(xì)胞Bmpr2特異轉(zhuǎn)肺動(dòng)脈高壓。Yi等[36]發(fā)現(xiàn)內(nèi)皮細(xì)胞特異性Sox17敲除(Sox17-KO)小鼠17的缺失會(huì)誘發(fā)內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙，包括細(xì)胞周期編程、增殖和抗凋亡表型的能是由于E2F1信號(hào)通路介導(dǎo)的，并發(fā)現(xiàn)對(duì)E2f1進(jìn)行藥理學(xué)抑制可減輕Sox17-些研究的數(shù)據(jù)和結(jié)論，結(jié)合臨床信息，進(jìn)一步對(duì)PH的臨床診斷和治療產(chǎn)生積極 (如PASMC,肺血管周圍成纖維細(xì)胞等)的單細(xì)胞水平研究。當(dāng)前研究主要依托PH動(dòng)物模型與人類PH亞型的相關(guān)性是PH研究無法回避的問題。盡管病理學(xué)和估。當(dāng)前應(yīng)用于PH動(dòng)物模型的組學(xué)研究通常只聚焦于某種模型或組學(xué)，缺乏不同PH模型之間、不同物種之間地橫向比較。系統(tǒng)的比較PH動(dòng)物模型與人類PH能夠幫助研究人員正確地選擇動(dòng)物模型，增加基礎(chǔ)研究向臨床應(yīng)用轉(zhuǎn)化的能力。參考文獻(xiàn)[1]中華醫(yī)學(xué)會(huì)呼吸病學(xué)分會(huì)肺栓塞與肺血管病學(xué)組，中國醫(yī)師協(xié)會(huì)呼吸醫(yī)師分會(huì)肺栓塞與肺血管病工作委員會(huì)，全國肺栓塞與肺血管病防治協(xié)作組，等.中國肺動(dòng)脈高壓診斷與治療指南(2021版)[J].中華醫(yī)學(xué)雜志，2021,101(1):11-51.DOI:10.3760/112137-20201008-02778.rthediagnosisandtreatmentofpulmonaryhyorthediagnosisandtreatmentofpulmonaryhypertension:thejointtftheEuropeanSocietyofCardiology(ESC)andtheEuropeanRespiratoungTransplantation(ISHLT)[J].EurHeartJ,2016,37(1):67-119.D0I:10.1093/eurheartj/ehv317.Tstatement:idiopathicpulmonaryfibrosis:evidence-basedguidelinesfordiagnosisannosis,management,andtreatment[J].NagoyaJMedSci,2019,81(1):19-30.DOI:10.18999/nagjms.81.1.19.[6]SimonneauG,Gatzoulissificationofpulmonaryhypertension[J].JAmCollCardiol,2013,62rventionsforpatientswithpulmonaryarterialhypertension[J].Circulation,2014,130(24):2189-2208.DOI:10.1161/CInologies[J].MolCell,2015,58(4):586-597.DOI:10.1016/j.molcel.2[9]StarkR,GrzelakM,HadfieldJ.RNAsequencing:the[10]TuderRM,MareckiJC,RichterA,etal.Pathologyofpulmonaryypertension[J].ClinicChestMed,2007,28(1):23-vii.[11]HuY,ChiL,KueblerWM,etal.Perivascularmonaryarterialhypertension[J].Cells,2020,9(11):2338.DOI:10.33[12]BalistrieriA,MakinoA,YuanJX.Pathophysiologyandpathogenicmechanismsofpulmonaryhypertension:roleofmembranereceptors,ionchannels,andCa(2+)signaling[J].PhysiolRev,-1897.DOI:10.1152/physrev.00030.2021.velopmentofpulmonaryhypertension[J].AmJPhysiolLungCellMolPhysiol,2019,316(1):L216-L228.DOI:10.1152/ajplung.00538.2017.ofilesassociatedwithpulmonaryarterialhypertensionandutcome[J].AmJRespirCritCareMed,2020,2[15]ElinoffJM,MazerAJ,CaiR,etal.Meta-analysisofbloodgenome-wideexpressionprofilinion[J].AmJPhysiolLungCellMolPhysiol,2020,318(1):L98-L111.hnologiesandapplications:abriefoverview[J].ClinTranslMed,2022,12(3):e694.DOI:10.[17]YanS,RestaTC,JerniganNL.Vasoconstrictnichypoxia-inducedpulmonaryhypertension:roleofoxidantsignaling[J].Antioxidants(Basel),2020,9(10):999.DOI:10.3[18]Boucherat0,AgrawalV,LdelsofpulmonaryhypertensionandrightventricRes,2022,130(9):1466-1486.DOI:10.1161/CIRCRESAHA.121.319971.[19]SztukaK,Jasinska-StroscheinM.Animalmodelsofpulmonaryarterialhypertension:Asystematicreviewandmeta-analysisofdatafrom6126animals[J].PharmacolRes,20[20]DignamJP,ScottTE,Kemp-HarperBK,etal.Animalmodelsofpulmonaryhypertension:gettingtotheheartoftheproblarmacol,2022,179(5):811-837.DOI:10.111[21]HuangY,LinF,TanglamineN-oxideaggravatespulmonary1MolBiol,2022,66(4):452-460.DOI:10.1165/rcmb.2021-04140C.ndaxonguidancebecauseofpulmonaryhypoperfusionalveolardevelopment[J].RespirRes,2023,24(1):12.[23]XiaoG,ZhuangW,WangT,etal.TranscriptomiciesToll-likeandNod-likepathwaysandterialhypertension[J].JCellMolMed,2020,24OI:10.1111/jcmm.15745.pathwayinproliferationofpulmonaryarterysmoothmusclecellsinpulmonaryhypertension[J].[25]RhodesCJ,SweattAJ,MaronBA.Hareatmentandunderstandingofpulmonaryhypertension[J].CircRes,2022,130(9):1423-1444.DOI:10.1161/CIRCRESAHA.121.319969.omicsrevealsskewedcellularcommunicationulmonaryarteryremodeling[J].JCIInsight,2022[27]SayginD,TabibT,BittarH,etal.Transcriptionalprofiling[28]AsosinghK,ComhairS,Mavrakisndpulmonaryarterialhypertension[J].SOI:10.1038/s41598-02alysisofperipheralneutrophilsfrompatientswithiaryarterialhypertension[J].HypertensDOI:10.1161/HYPERTENSIONAHA.123.21142.[30]ViswanathanG,Kirshnerrevealsdistinctimmuneandsmoothmuscleributetochronicthromboembolicpulmonaryhypertension[J].Am