单细胞RNA测序与跨物种分析揭示了T细胞介导的炎症反应在主动脉夹层发病机制中的作用

《BMC Cardiovascular Disorders》：Single-cell RNA sequencing and cross-species analysis revealed the role of T cell-driven inflammatory responses in the pathogenesis of aortic dissection

　　

摘要

背景

主动脉夹层是一种危及生命的血管疾病，其特征为主动脉壁的急性炎症和结构损伤。本研究旨在阐明免疫环境，尤其是T细胞介导的反应，并在人类和小鼠模型中识别出推动主动脉夹层发病的保守性炎症机制。

方法

从主动脉夹层患者和正常对照组中采集升主动脉组织及血浆。通过磁激活细胞分选法分离CD45?免疫细胞，随后利用10x Genomics Chromium平台进行单细胞RNA测序。数据处理及后续生物信息学分析采用Cell Ranger和Seurat工具包完成，包括细胞聚类、差异表达分析以及通路富集分析。为验证转录组研究结果，建立了β-氨基丙腈诱导的主动脉夹层小鼠模型，并对主动脉组织进行真核生物转录组测序。通过GO和KEGG分析对差异表达基因进行功能注释，同时构建转录因子-靶标网络以确定关键调控因子。通过跨物种整合人类和小鼠的转录组数据，识别出保守的差异表达基因及信号通路。在人类样本中采用定量PCR和ELISA方法验证转录组结果，并评估全身性炎症反应。

结果

单细胞RNA测序分析显示，主动脉夹层组织中的免疫环境具有独特性，表现为T细胞显著富集和活化。与疾病相关的T细胞群中，细胞毒性基因和炎症基因如GZMA、GZMB、IFI1和IFI6的表达水平升高，表明主动脉壁内的适应性免疫活性增强。整体转录组分析进一步显示，促炎因子如IL1B、CXCL8、CCL2、NFKBIA的表达上升，同时TNF、NF-κB和IL-17信号通路也出现富集。在小鼠主动脉夹层模型中，转录组分析共鉴定出4,427个差异表达基因，这些基因主要参与炎症反应、白细胞迁移、细胞外基质重塑和细胞凋亡过程。转录因子分析表明Nfkb1、Jun、Fos和Stat3是调控这些过程的关键因子。跨物种整合分析发现，人类和小鼠数据集中有51个保守的差异表达基因，这些基因主要富集在IL-17及细胞因子-细胞因子受体相互作用通路中。在人类主动脉组织中进行的qRT-PCR验证显示，主动脉夹层样本中IL1B、IL6、MAPK10、MAPK12、MMP9、MMP13、S100A8和S100A9的表达显著升高，而ELISA检测则显示血清中IFN-γ、IL-10、IL-6、TNF-α、IL-17A和IL-8的水平上升，这些都表明存在全身性炎症状态。

结论

总体而言，我们的多组学整合分析表明，主动脉夹层的发生是由适应性和先天性免疫细胞共同参与的协调性免疫重塑所驱动的，且这一过程在人类和小鼠数据集中都存在保守的炎症转录程序。尽管循环中的细胞因子变化有限，但组织水平的分析显示TNF、NF-κB和IL-17相关通路被强烈激活，这进一步强调了局部血管免疫反应在主动脉夹层发病机制中的重要性。