综述：动脉粥样硬化细胞命运：内质网应激的单细胞视角

《Journal of Cardiovascular Development and Disease》：Atherosclerotic Cell Fates: A Single-Cell View of ER Stress

　　

内质网（ER）应激在动脉粥样硬化中的作用早已被认识，但其是否在所有细胞类型中都作为统一的病理信号发挥作用仍不清楚。随着单细胞测序技术（scRNA-seq）的发展，研究人员能够在单个细胞亚群的分辨率下分析这一问题。在本综述中，研究人员综合了近期单细胞研究的证据，并提出了“细胞类型特异性差异响应”模式。研究人员认为，内质网应激并非普遍具有促动脉粥样硬化效应。相反，它在不同的动脉粥样硬化相关细胞亚群中表现出差异性模式。例如，内质网应激在单核细胞中被激活，但在某些巨噬细胞亚群和内皮细胞亚群中被抑制，并在平滑肌细胞的表型转变过程中受到动态调控。研究人员探讨了这种异质性的潜在机制、其对斑块进展的影响以及亚群靶向治疗策略的理论基础。最终，研究人员得出结论：认识到内质网应激的细胞异质性是理解和精准干预动脉粥样硬化疾病的基础。

2. 内质网应激的核心信号通路

内质网应激主要通过三条经典通路介导，即IRE1α-XBP1通路、PERK-eIF2α-ATF4通路和ATF6通路。IRE1α-XBP1通路通过剪切XBP1 mRNA生成活性转录因子XBP1s，促进脂质合成基因和炎症因子的表达，同时抑制胆固醇外排蛋白，加剧泡沫细胞形成。PERK-eIF2α-ATF4通路通过磷酸化eIF2α抑制蛋白质翻译，但激活ATF4，上调促凋亡因子CHOP和炎症相关基因，促进巨噬细胞凋亡和坏死核心形成。ATF6通路在易位至高尔基体并被剪切后，激活脂质代谢和炎症相关基因，并与XBP1s协同放大未折叠蛋白反应。

3. 从单细胞视角看动脉粥样硬化的细胞异质性

动脉粥样硬化病灶内多种细胞类型共存，并呈现高度功能异质性。单细胞测序技术揭示了三类与内质网应激最相关的细胞及其亚群异质性。巨噬细胞亚群包括：Lyve1⁺组织驻留巨噬细胞（抗炎）、Il1b⁺炎症性巨噬细胞（促炎）和Trem2^hi泡沫细胞样巨噬细胞（富含脂质）。平滑肌细胞（SMC）展现出显著的可塑性，可从收缩表型转变为合成型、巨噬细胞样、成纤维细胞样甚至成骨细胞样表型。内皮细胞则包含淋巴管内皮细胞、基质调控内皮细胞和ACKR1⁺活化内皮细胞等多个亚群。

4. 巨噬细胞亚群中差异性的内质网应激响应

在单核细胞中，内质网应激通过PERK-eIF2α-ATF4和IRE1α-XBP1通路驱动促炎分化，并可通过NLRP3炎症小体介导细胞焦亡，形成炎症-死亡-更多炎症的恶性循环。在Trem2^hi巨噬细胞中，内质网应激通过抑制胆固醇外排、增强脂质摄取和干扰溶酶体酸化三种方式促进泡沫细胞形成，其中IRE1α-XBP1通路发挥核心作用。相反，M2样巨噬细胞在动脉粥样硬化微环境中可能失去其传统的内质网应激耐受优势，表现为分子伴侣功能不足，其关键内质网伴侣蛋白GRP78的表达随斑块进展逐渐下降。伪时间分析揭示了单核细胞向巨噬细胞分化过程中内质网应激呈现先升高后降低的动态变化模式。

5. 平滑肌细胞中差异性的内质网应激响应

内质网应激通过激活转录因子Klf4驱动SMC向巨噬细胞样/成纤维细胞样表型转化，其中胆固醇诱导的未折叠蛋白反应是关键触发因素。TCF21在这一过程中发挥重要调控作用，其驱动的纤维肌细胞转化有助于纤维帽稳定性而非病理性转化。内质网应激还通过PERK-eIF2α-ATF4-CHOP轴促进SMC向成骨样/软骨样细胞转化，驱动血管钙化。值得注意的是，内质网应激在SMC中具有双重作用：严重或持续性应激通过CHOP和RIPK3诱导凋亡和坏死性凋亡，而温和持续的未折叠蛋白反应激活可能通过XBP1u维持收缩稳态，发挥适应性保护效应。伪时间分析显示晚期斑块中多数SMC呈现轻度但持续的内质网应激评分升高伴随收缩表型恢复，这可能代表一种修复性再分化过程。

6. 内皮细胞中差异性的内质网应激响应

内皮功能障碍被视为动脉粥样硬化的起始事件。内质网应激通过IRE1α和PERK通路激活NF-κB促进黏附分子表达和单核细胞黏附，并通过CHOP介导的BAX上调诱导凋亡，同时激活NADPH氧化酶导致活性氧积累和一氧化氮合酶解偶联。单细胞测序发现经典内皮细胞中核心内质网应激基因普遍下调，这可能是一种慢性应激下的适应策略。不同内皮亚群如ACKR1⁺和PLVAP⁺内皮细胞的内质网应激特征尚缺乏直接研究。与其它细胞类型不同，内皮细胞内质网应激的关键特征是血流动力学依赖性，层流维持低水平内质网应激，而扰动流激活内质网应激并驱动功能障碍。

7. 靶向内质网应激治疗动脉粥样硬化：从全局到精准

化学分子伴侣4-PBA和TUDCA以及IRE1α抑制剂STF-083010等泛内质网应激调节剂虽在动物模型中有效，但缺乏细胞类型特异性。基于差异性响应模型，治疗策略需针对不同细胞亚群进行精准调控：在单核细胞中抑制PERK通路，在Trem2⁺巨噬细胞中干扰IRE1α通路，在M2样巨噬细胞中增强HSPA5功能，在内皮细胞中适度激活ATF6通路，在SMC中靶向下游转录因子如Klf4或增强TCF21。新兴策略包括利用pH响应纳米药物实现细胞类型特异性递送、使用通路特异性抑制剂如ISRIB，以及通过上游信号分子如METRNL选择性调控特定细胞来源的泡沫细胞形成。

8. 讨论

传统观点认为内质网应激是促动脉粥样硬化信号，但从单细胞视角重新审视后发现现实更为复杂。内质网应激在不同细胞亚群中表现出方向性差异：在单核细胞和Trem2^hi巨噬细胞中被激活，而在M2样巨噬细胞和晚期斑块内皮细胞中标志物反而降低。这种不对称性表明内质网应激并非统一病理信号。巨噬细胞亚群组成的渐进性变化反映了内质网应激异质性对斑块稳定性的影响，其标志物如SPP1、TREM1等具有预后价值。SMC研究中发现未折叠蛋白反应的激活本身并非病理性的，其最终结果取决于细胞如何解读这一信号，可能存在阈值效应。内皮细胞内质网应激的差异性主要由物理位置决定，受血流模式和基质成分共同影响。不同细胞类型对内质网应激传感器采取相反的转录调控策略，这反映了它们在应激持续时间、细胞更新速率、代谢状态和功能脆弱性方面的差异。

9. 结论

单细胞测序技术重塑了对内质网应激在动脉粥样硬化中功能的理解。内质网应激并非单一的促动脉粥样硬化信号，而是作为斑块微环境中的情境依赖性和细胞类型特异性调控因子发挥作用。同一信号在不同细胞类型和特定环境中可产生完全不同的生物学效应。这一机械论见解已开始转化为临床视角，特定的巨噬细胞亚群显示出心血管结局的预后价值，而内质网应激的细胞类型特异性分布为精准干预开辟了新途径。