鈣化性主動脈瓣疾病（CAVD）是心血管疾病的第三大病因，約25%的65歲以上的老年人受到影響。雖然CAVD的病因尚不清楚，但據(jù)推測，疾病的病因是由環(huán)境和遺傳因素共同作用的。目前，治療CAVD的唯一選擇是通過心臟手術(shù)進(jìn)行人工瓣膜植入，包括經(jīng)導(dǎo)管主動脈瓣置換術(shù)和外科主動脈瓣置換術(shù)。由于CAVD在多個病理階段都有表現(xiàn)，因此尋找治療方法和早期診斷具有挑戰(zhàn)性。此外，CAVD的發(fā)展涉及一個復(fù)雜的多層組織結(jié)構(gòu)，具有豐富的細(xì)胞外基質(zhì)表型和獨特的高度可塑性的多潛能駐留細(xì)胞群。因此，定義病理組織中存在的細(xì)胞亞群可提供對疾病病因和治療方案的見解。
基于此，來自北京協(xié)和醫(yī)院心臟大血管外科主任、協(xié)和醫(yī)院器官移植中心主任董年國教授帶領(lǐng)團(tuán)隊，通過使用無偏單細(xì)胞RNA測序法對從6個不同的人主動脈瓣葉分離的34632個細(xì)胞進(jìn)行高通量的細(xì)胞異質(zhì)性評價。通過細(xì)胞實驗、原位定位和批量測序來驗證正常、健康瓣膜與CAVD患者之間的差異。相關(guān)研究成果以“Cell-Type Transcriptome Atlas of Human Aortic Valves Reveal Cell Heterogeneity and Endothelial to Mesenchymal Transition Involved in Calcific Aortic Valve Disease”為題，在線發(fā)表在《Arteriosclerosis, Thrombosis, and Vascular Biology》 （《ATVB》）雜志上。
研究人員從樣本1到6的估計細(xì)胞數(shù)量為1293、2296、6802、10126、10763和3352，使用信息主成分（n=10）的基于圖的聚類將細(xì)胞分類為細(xì)胞類型組，基于圖的聚類顯示6個樣本中有14個簇；每個簇中的細(xì)胞相對于總細(xì)胞數(shù)的比例從簇1到簇14依次減少，個體間鈣化瓣膜細(xì)胞的異質(zhì)性并不表明個體內(nèi)存在明顯的細(xì)胞簇，只有細(xì)胞數(shù)量的差異是明顯的。最后選擇每個簇表達(dá)量排名前100的基因定義該簇的亞型，可將14個簇歸為：3個VIC，6個VDSC，1個單核細(xì)胞，1個巨噬細(xì)胞，1個淋巴細(xì)胞和2個VEC亞群。以上研究表明主動脈瓣存在細(xì)胞異質(zhì)性。
研究人員基于對健康和CAVD樣本的基于圖的聚類比較，CAVD聚類1、2、3、4、6、8和12是顯著的細(xì)胞群體。發(fā)現(xiàn)簇1、2、3、4、6和8是新的細(xì)胞類型，與先前確定的VEC或VIC不完全匹配。在7個群體在CAVD組中明顯更多表達(dá)量排名前5的基因未能表現(xiàn)出顯著的特異性。選擇每個簇中表達(dá)量最高的基因作為識別這些顯著細(xì)胞群的潛在標(biāo)記（簇1為LUM，簇2為SOX4，簇3為CCL20，簇4為MT1A，簇6為RPL17，簇8為CMSS1，簇12的PI3）。且發(fā)現(xiàn)LUM、SOX4、CCL20、MT1A、RPL17、CMSS1在新鑒定的細(xì)胞簇中均有表達(dá)。表明新生的VDSCs參與主動脈瓣鈣化。
為了證實Endo-MT是否參與了CAVD的發(fā)生，研究人員選擇了IL1RL1和SELE標(biāo)記定位VECs，SPARC定位VICs，IL1RL1+/SPARC+和SELE+/SPARC+細(xì)胞在CAVD標(biāo)本的瓣膜內(nèi)皮層邊緣顯著，SELE+/SPARC+細(xì)胞傾向于從內(nèi)皮區(qū)遷移到間質(zhì)區(qū)。內(nèi)皮細(xì)胞相關(guān)的內(nèi)皮標(biāo)志物VE鈣粘蛋白的表達(dá)水平被Endo-MT誘導(dǎo)顯著抑制，而間充質(zhì)細(xì)胞標(biāo)記物COL1A和骨膜炎素的表達(dá)則被顯著誘導(dǎo)。分離的VEC表現(xiàn)出鵝卵石狀的形態(tài)和最小的成管能力。研究人員在使用VEC特異培養(yǎng)基進(jìn)行原代培養(yǎng)的第1天，VEC顯示出大量的克隆形成單位。6天后出現(xiàn)較大的克隆。7天后，這些細(xì)胞呈現(xiàn)成纖維細(xì)胞樣的形態(tài)。CDH5和SELE的雙重染色顯示標(biāo)記共定位，但僅檢測到少數(shù)SELE+/CDH5?細(xì)胞。以上結(jié)果表明Endo-MT參與CAVD過程的驗證及機(jī)制。
綜上所述，該研究團(tuán)隊用無偏單細(xì)胞RNA測序法對從6個不同的人主動脈瓣葉分離的34632個細(xì)胞進(jìn)行高通量的細(xì)胞異質(zhì)性評價。通過細(xì)胞實驗、原位定位和批量測序來驗證正常、健康瓣膜與CAVD患者之間的差異。通過比較健康和CAVD標(biāo)本，確定了14種細(xì)胞亞型，包括3種不均一的瓣膜間質(zhì)細(xì)胞亞群，3種免疫源性細(xì)胞，2種類型的瓣膜內(nèi)皮細(xì)胞，以及6種特別在CAVD小葉中發(fā)現(xiàn)的新的瓣膜源性間質(zhì)細(xì)胞。結(jié)合主動脈瓣增厚的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄本驗證主動脈瓣病變。
研究人員發(fā)現(xiàn)解構(gòu)了主動脈瓣細(xì)胞圖譜，并提示了常駐細(xì)胞亞群之間的新功能相互作用。該研究團(tuán)隊的研究結(jié)果可能為未來預(yù)防CAVD的靶向治療提供了思路。
