前言
胸主动脉瘤和夹层(TAAD)是一类起病隐匿,危及生命的疾病。该类疾病在每100,000人中就有6-10例患者,主要表现为胸主动脉内侧层退化,主动脉破裂后会导致患者死亡。目前TAAD主要依靠手术治疗,缺乏有效的靶向药物来预防和缓解。
2022年2月,中国医学科学院阜外医院周洲与舒畅团队在Cell Discovery(IF=38.079)上发表题为“Single-cell RNA sequencing identifies an Il1rn+/Trem1+ macrophage subpopulation as a cellular target for mitigating the progression of thoracic aortic aneurysm and dissection”的研究论文。
该工作利用基于微孔原理的BD Rhapsody单细胞多组学平台,对不同疾病时期的TAAD小鼠模型进行大规模单细胞转录组分析(scRNA-seq),系统地揭示了该疾病在发病及进展过程中的细胞、分子改变,同时发现Il1rn+/Trem1+巨噬细胞亚群有望作为缓解胸主动脉瘤和夹层进展的潜在细胞靶点。
单细胞测序相关平台与应用
BD Rhapsody单细胞多组学分析系统
#633701 Rhapsody单细胞成像仪
#633702 Rhapsody上样工作站
BD Rhapsody全转录组分析:
#633801 BD Rhapsody全转录组扩增试剂盒
#664887 Rhapsody enhanced Cartridge配套试剂盒
#633733 Rhapsody Cartridge试剂盒
#633773 Rhapsody 反转录试剂
BD Rhapsody全转录组分析Pipeline(Version 1.5.1)
研究结果
▸解析胸主动脉中细胞异质性
作者首先注射BAPN(β-aminopropionitrile 赖氨酸氧化酶抑制剂)构建TAAD小鼠模型,然后收集注射后第7、14、21天(分别代表TAAD早期、中期和晚期)不同时间点的小鼠模型胸主动脉组织细胞进行单细胞测序。利用BD Rhapsody单细胞平台对细胞进行单细胞捕获建库,测序后进行单细胞转录组比较分析。
首先对模型小鼠和对照小鼠共6个样本(获得61826个细胞),进行了主动脉组织细胞异质性解析,通过无偏聚类分析共得到24个细胞簇,涉及7个典型的主动脉细胞类型。
Figure1. scRNA-seq分析TAAD进展过程中胸主动脉的细胞异质性
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▸通过细胞比例差异分析,揭示与TAAD进展相关细胞群的显著变化
接下来作者对实验组和对照组小鼠数据进行差异化分析,结果发现一些与TAAD进展相关的细胞群细胞数目发生了改变。相比对照组,血管平滑肌细胞(SMC)在实验组显著减少,而巨噬细胞则显著增加。
Figure2. 差异比例分析显示与TAAD进展相关的显著增加或减少的细胞群
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▸TAAD中平滑肌细胞显著减少,且与巨噬细胞的相互作用减少
接下来作者就对减少的SMC和增加的巨噬细胞进行进一步的分析。SMC减少是TAAD的主要特征之一,作者分析了TAAD中SMC减少的可能原因,结果发现氧化压力,内质网压力和Toll-like 受体信号通路的持续激活可能会导致SMC的衰老和凋亡信号通路被上调。细胞交流分析发现,SMC与其他细胞群体的受体-配体相互作用在TAAD早期阶段就发生了改变。其中值得注意的是巨噬细胞与SMC的几种相互作用变得更加特异。
Figure3. TAAD的平滑肌细胞数目减少,与巨噬细胞的细胞通讯减少
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▸TAAD的巨噬细胞具有异质性
作者接下来对胸主动脉巨噬细胞进行了一系列分析,发现TAAD中的巨噬细胞具有异质性,可分为三个亚群,即Lyve1+寄居型抗炎巨噬细胞,Cd74+抗炎呈递型巨噬细胞和Il1rn+/Trem1+促炎巨噬细胞。并且利用单分子荧光原位杂交技术(smFISH)在模型小鼠胸主动脉组织中证实了这三个巨噬细胞亚群的存在。
Figure4. TAAD中的巨噬细胞的三个亚群 - 抗炎巨噬细胞,呈递型巨噬细胞和促炎巨噬细胞
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▸靶向抑制促炎巨噬细胞亚群可缓解TAAD
研究发现,在人和小鼠中,主动脉组织特异性巨噬细胞,尤其是Il1rn+促炎巨噬细胞亚群,是大多数有害分子(包括MMPs和炎症细胞因子)的主要来源,促进了TAAD的发展。通过给小鼠注射抑制剂Ki20227,来抑制巨噬细胞在主动脉内的聚集,可以显著降低小鼠TAAD和主动脉破裂的发生率。在TAAD小鼠模型中注射Trem-1(主要由c13巨噬细胞亚群表达)的特异性抑制多肽药物mLR12,结果发现小鼠主动脉破裂率显著降低,生存率显著提高。
Figure5. 靶向抑制Trem-1可降低主动脉破裂率,缓解TAAD
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总结与展望
这项研究内容指出了在TAAD中抗炎症治疗的重要性,并且指出IL1RN+/TREM1+巨噬细胞亚群是TAAD进展的有害分子主要来源,而靶向阻断TRME+巨噬细胞则为TAAD的治疗提供了新的思路。在这项研究中,BD Rhapsody单细胞平台发挥了重要作用,快速准确地捕获了上万个单细胞并进行测序,全面解析了TAAD不同时间点转录组的变化情况,为深入研究TAAD疾病进展和治疗提供了依据,为寻找新的靶向治疗药物奠定了基础。
单细胞多组学平台
BD Rhapsody™
BD Rhapsody™ 单细胞多组学分析系统能够对成千上万个单细胞的蛋白与基因进行数字定量,提供灵活的定制化Panel及标准化应用方案,以满足不同的实验需求,其独特的混样技术可有效节约时间与成本。
系统组成包括:
BD Rhapsody™ 扫描仪
BD Rhapsody™ 上样台
BD Rhapsody™ cartridge(微孔板)
分子标签试剂和文库制备
全转录组检测试剂盒/靶向RNA检测试剂盒/定制试剂盒
Abseq蛋白检测试剂盒
多样本混样检测试剂盒
VDJ检测试剂盒
单细胞测序数据分析软件BD SeqGeq
1.实验技术干货
2.蛋白质组学研究
3.腺病毒简介及应用
6.单细胞测序
8.悬浮细胞专用病毒
10.测序技术研究与应用
12.腺相关病毒选择/应用
13.表观遗传研究
14.文章解析
15.国自然课题设计思路解析
16.生物信息分析及工具
17.外泌体研究
18.肿瘤免疫研究
19.高分文章
20.吉凯病毒神经方向应用案例