人类髓核中 CDKN2A 表达与退化的异质性关联及前体细胞群的单细胞分析

《Journal of Translational Medicine》：CDKN2A-associated senescence-like and degeneration-related changes in human nucleus pulposus cells and culture-associated alterations: a single-cell RNA sequencing study

摘要

背景

CDKN2A相关的衰老样变化和与退化相关的变化常常同时存在于髓核（NP）中，但它们的细胞和转录特征可能并不完全重叠。本研究调查了人类髓核中与CDKN2A表达及Pfirrmann等级相关的 donor-level 表现模式，分析了短期体外培养过程中的变化，并进一步表征了一种可能的具有前体特征的循环髓核细胞群。

方法

来自六位供体的髓核组织通过单细胞RNA测序进行了分析，每位供体被视为一个生物学重复样本。CDKN2A的表达既作为连续的供体级变量进行评估，也使用事后分析的CDKN2A强度分组进行评估；而退化则依据Pfirrmann等级II、III和IV进行判断。在供体水平上总结了细胞组成和细胞周期分布，利用供体信息驱动的伪批量分析和基因本体生物学过程（GSEA）评估了转录组差异，并通过供体分组分析（Augur analysis）探讨了亚型间的差异。其中三位供体提供了新鲜分离并经过首次传代培养的细胞。转录因子调控网络（regulon）的活性通过pySCENIC/AUCell进一步分析。此外，还使用独立样本进行了组织学和流式细胞术评估。

结果

研究确定了五种主要的髓核细胞亚型：ProNPC、RegNPC、EffNPC、HomoNPC和FibroNPC。在六位供体中，CDKN2A相关和Pfirrmann相关的细胞组成、细胞周期分布及代谢途径活性模式存在异质性，且并不总是保持一致。在供体分组分析中，FibroNPC在事后CDKN2A强度分组中排名最高，而RegNPC在Pfirrmann等级中排名最高。在三位供体的匹配样本中，首次传代培养伴随着所有供体中CDKN2A表达的整体增加。培养过程还导致了髓核细胞组成的变化，表现为FibroNPC和ProNPC比例增加，而EffNPC、HomoNPC和RegNPC比例下降。ProNPC表现出相对较高的CDKN2A表达，并具有显著的细胞周期特征；供体信息驱动的调控网络分析识别出九个在所有六位供体中ProNPC中活性持续的候选调控网络。这些分析并未证实CDKN2A对ProNPC状态的直接调控作用或因果控制关系。

结论

研究结果表明，人类髓核中CDKN2A相关的衰老样变化和Pfirrmann相关的退化并不完全一致。首次传代培养伴随着CDKN2A表达和髓核细胞组成的变化，这可能反映了与培养相关的选择和适应性适应。所发现的ProNPC群体显示出前体样和循环特性以及独特的调控程序，但其功能身份仍需进一步验证。

临床试验编号

不适用。

图形摘要