DSP技術(shù)識別肺動脈高壓血管病變的獨(dú)特分子特征
近日，科羅拉多大學(xué)醫(yī)學(xué)院的研究人員在Am J Respir Crit Care Med（IF19.3）上發(fā)表了題為Digital Spatial Profiling Identifies Distinct Molecular Signatures of Vascular Lesions in Pulmonary Arterial Hypertension的文章。
特發(fā)性肺動脈高壓（IPAH）是一種嚴(yán)重的心肺疾病，其核心病理特征之一是肺動脈血管病變，導(dǎo)致血管狹窄和閉塞。IPAH血管病變的特征表現(xiàn)為4種病變類型：叢狀（Plx）和閉塞性（Oblit）病變、內(nèi)膜加中膜異常增生（IMH）以及外膜改變（Adv），這些病變分布在肌肉動脈(直徑< 80微米)和毛細(xì)血管前動脈(直徑< 70微米)。該文章通過數(shù)字空間分析（DSP）技術(shù)識別11個(gè)IPAH患者肺和5個(gè)對照肺血管病變的分子特征，從而為IPAH的診斷和治療提供新的生物標(biāo)志物。
IPAH肺血管病變組織類型及DSP樣本信息
01 結(jié)論
1. IPAH與對照肺動脈間的差異基因表達(dá)
通過DSP空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)對11個(gè)IPAH患者肺和5個(gè)對照肺動脈進(jìn)行分析，共挑選了IPAH 149個(gè)ROIs，對照組62個(gè)ROIs。基于8273個(gè)檢測到的轉(zhuǎn)錄本的主成分分析顯示，IPAH病變與對照肺動脈不同地聚集，具有一定程度的重疊。IPAH組與對照組肺動脈ROI之間的最顯著差異表達(dá)基因?yàn)榫幋a抗氧化劑谷胱甘肽過氧化物酶(GPX3)和免疫球蛋白重鏈G4 (IGHG4)。與對照ROIs相比，IPAH ROIs顯著富集TGFβ和TNFα信號、氧化應(yīng)激、凋亡和缺氧等通路。
IPAH與對照肺動脈的差異基因
2. 四種肺血管病變的差異基因表達(dá)
比較四個(gè)肺血管病變與對照組的基因表達(dá)結(jié)果顯示，Plx組有108個(gè)獨(dú)特表達(dá)基因，涉及炎癥、血管生成、內(nèi)皮細(xì)胞功能以及先天和獲得性免疫等。Adv組顯示 84個(gè)獨(dú)特表達(dá)基因。其中22個(gè)差異表達(dá)的基因在所有IPAH病變類型中共有，包括免疫球蛋白、HLA和JUN等。
Plx組中組織相容性白細(xì)胞抗原(HLA)-B、胰島素生長因子結(jié)合蛋白(IGFBP)-4兩個(gè)基因的表達(dá)最高。與 Oblit,、IMH和Plx組相比，Adv組病變中補(bǔ)體因子D (CFD)表達(dá)最高，CFD是一種激活補(bǔ)體旁路C3的中樞轉(zhuǎn)化酶，這支持了補(bǔ)體在肺動脈高壓血管周圍炎癥中的潛在作用。隨后利用免疫組織化學(xué)也驗(yàn)證了差異表達(dá)的基因。
四種肺血管病變的差異基因表達(dá)和免疫組化驗(yàn)證
3. IPAH和對照肺動脈間的細(xì)胞類型分布
使用人類肺細(xì)胞圖譜數(shù)據(jù)來推斷每個(gè)ROI中內(nèi)皮細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞、肌成纖維細(xì)胞、周細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、肺泡II型和I型細(xì)胞的組成。與Oblit或IMH 組相比，在Plx和Adv組中內(nèi)皮細(xì)胞數(shù)量增加。Adv組中還含有大量外膜成纖維細(xì)胞和肌成纖維細(xì)胞。平滑肌細(xì)胞在Oblit和IMH組中居多。
IPAH和對照肺動脈的細(xì)胞類型
4. 四種病變類型中遺傳性肺動脈高壓相關(guān)基因的表達(dá)
隨后研究了編碼23個(gè)遺傳性PAH相關(guān)基因的表達(dá)模式。在IPAH病變樣本中發(fā)現(xiàn)有13種基因表達(dá)，包括非TGFβ相關(guān)基因和TGFβ家族突變基因endoglin (ENG)、ACVRL1、BMPR2和SMAD4。Plx組中表達(dá)13個(gè)基因，其中ENG的表達(dá)量高。
遺傳性肺動脈高壓基因的表達(dá)
02 總結(jié)
該研究利用DSP空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)，證明叢狀（Plx）和IPAH外膜病變（Adv）與內(nèi)膜加中膜異常增生（IMH）和閉塞性（Oblit）病變相比，有更多的異常表達(dá)基因。Plx組富含干擾素和TNFα信號以及血管生成、TGFβ家族、上皮/內(nèi)皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)換和缺氧途徑參與炎癥等基因。Adv組富含炎癥標(biāo)記物，特別是與補(bǔ)體激活相關(guān)的。這些證據(jù)表明肺血管結(jié)構(gòu)細(xì)胞和炎性細(xì)胞之間的關(guān)聯(lián)導(dǎo)致存在自體免疫和獲得性免疫，從而導(dǎo)致IPAH發(fā)病。這些發(fā)現(xiàn)為IPAH的研究提供了一個(gè)豐富的數(shù)據(jù)集，可以幫助設(shè)計(jì)新的治療靶點(diǎn)及開發(fā)新的治療手段。
