单细胞转录组测序在肺动脉高压的研究进展

单细胞组学的发展为肺动脉高压的分子机制研究提供了从细胞层面理解疾病的功能障碍。PH定义为在海拔水平、静息状态下通过右心漂浮导管测得的肺动脉平均压力达到或超过25mmHg(1mmHg=0.133kPa)的一类肺血管病症[1],包含5类临床亚型：(1)动脉性PH(pulmonaryarterialhypertension,PAH); (2)左心疾病相关的PH;(3)肺疾病相关的PH;(4)慢性血栓栓塞性PH(c致的PH。全球范围内，PH的发病率估计为每10万人中15~50例，女性的患病率显著高于男性，确诊后平均生存期约为2.8年[2]。当前针对肺动脉高压的治管阻力[2-5]。尽管临床试验结果具备效用，但疗效不一、耐药性发展、预后改善有限等问题仍然存在，迫切需要探索新的研究方向和治疗目标[6-7]。表型或现象，无法从更高的高维度去观察、解释生物学现象。以Illumina为代单次实验中获得成千上万个分子或基因的信息[8]。而围绕中心法则开展的不同类型的组学测序技术(如转录组学、基因组学、蛋传组学和微生物组学等)大量应用，结合生物信息学分析方转录组学(RNAsequencing,RNA-seq)利RNA进行捕获、测序、计数和注释，并由此推断基因的表达水平[9]。最初的转录组学研究主要是通过使用微阵列芯片(microarray)和转录组测序(bulk反映样品整体的转录谱改变。PH发展过程中存在肺血管重塑(内皮细胞凋亡和病理性增殖、平滑肌细胞增殖等)和大量炎症细胞浸润(T细胞、B细胞等)[10-12],甚至同一基因在不同细胞存在相反的表现[13]。因此，有必要在更精确的单细胞水平上了解PH对细胞亚型的影响。相比于表达芯片和转录组测序 [14-15],单细胞测序技术通过微流控或微孔板技术捕获和标记单个细胞的分改变进行捕获[16]。单细胞RNA测序(single-cellRNAsequencing,scRN的PH模型反映了由缺氧因素导致的PH(如肺疾病或高原性PH)的病理改变[17],慢性缺氧联合SU5416(chronichypoxiacombinedwithSU5416,SuHx)和野百合碱(monocrotaline,MCT)诱导的模型模拟1型PH(如PAH)。然而，Hx都能诱发严重的PH表型，但是特发性肺动脉高压(idiorterialhypertension,IPA中观察到；而MCT能诱发更显著的肺血管周围炎症细胞浸润或者更具体地说，适用于哪一类人类PH[19-20]。NA测序技术对PH研究的影响。此外，我eq和scRNA-seq研究，探讨PH动物模型与人类PH的关系，为进一步揭示PH高通量组学技术的快速发展使得PH的发病机制被更深层次地解析。在单细胞测序技术出现以前，研究者使用微阵列芯片和bulkRNA-seq是主要研究手段 [9]。Rhodes等[14]对359例特发性、遗传性和药物诱发的PAH患者和72名健康对照者的全血样本进行转录组测序(RNAsequencing,RNA-se度有关，尤其是SMAD5基因变异可能会增加PAH的易感性。Elinoff等[15]收集了7项研究(共156例PH患者和110名健康对照者)的全基因组血液表达谱数据，利用Meta分析揭示了1269个差异表达的独特基因转录本，发现干扰素、性激活，该研究揭示了PH患者血液中稳定且普遍的转录组特征，有助于确定生物标志物和治疗靶点。此外，部分研究者把高通量组学应用在PH动物模型中[21-24]。Xiao等[23]采用RNA-seq技术研究了对照组大鼠和注射MCT大鼠在不同时期的肺组织转录组学变化，发现Toll样受体和Nod样受体通路的激活与损伤相关分子模式(damage-associatedmolecularpattern,DAMP)的上调有关，而RIPK3介导的坏死促成了MCT诱导的PH中DAMP的产生。IPAH是1型PH的亚分类，主要由已知的罕见致病基因变异引起[2],其中大多为骨形态发生蛋白受体Ⅱ(bonemorphogeneticproteinreceptorteⅡ,BMPR2)基因突变[25]。病理学和细胞学研究已经揭示了IPAH的发生过程：血管内膜的肺动脉内皮细胞(pulmonaryarterialendotheli肺动脉平滑肌细胞(pulmonaryarterial收缩，导致血管重塑与收缩功能加强[10]。在病变后期，病理性的PAEC增生，成纤维细胞增生和肌化和炎症细胞浸润等[11],但是这些细胞参与的IPAH发Crnkovic等[26]对3例IPAH患者的和3例健康对照的肺动脉组织进行单胞减少。细胞通讯分析发现健康对照组的细胞间交流分布均匀且等[28]通过分离提取IPAH患者肺组织的PAEC,把PAEC分为8个独特的亚群，显著改变。Zhang等[29]通过分选IPAH患者外周血中性粒细胞并进行单细胞nathan等[30]收集了手术剥离的CTEPH患者的肺动脉内膜组织，通过单细胞R多种细胞类型之间的复杂相互作用。该研究还提出蛋白酶激活受体1(protease血管重塑，而PAR1可能是治疗的潜在靶点。另一项单细胞组学研究[31]从5例CTEPH患者的肺动脉内膜切除组织中鉴定出11种细胞类型。轨迹推断分析显低氧性PH属于3型肺动脉高压，主要由高原低氧或肺部疾病低氧所致。Wu等[32]描绘了高原性PH患者外周血中的免疫细胞的单细胞转录图谱，揭示了单核细胞具有独特的表型。患者的外周血单个核细胞(peripheralbloonuclearcells,PBMC)中，C1型(非经典型)和C2型(中间型)单核细胞比例显著增加，而与高原性PH相关的单核细胞亚群的低氧诱导转录因子-1a(hypoxiainducibletranscriptionfactor-1a,HIF-la)表并与高原性PH进行比较。结果显示，11种主要免疫细胞类型的在两者之间的分PH动物模型是研究药物和治疗靶点的关键载体。动物模型的疾病状态可能与人类疾病存在差异，多种药物在动物模型中表现优异中展现预期治疗效果，限制了研究结果的转化应用[22]。单细胞组学提供了独特的角度揭示PH患者与动物模型的差异。Hong等[33]分析PH大鼠模型肺组部细胞进行分析，揭示了NF-kB信号通路的普遍上调和IFN信号通路的下调。kB通路的强烈激活。与人类PH遗传位点和已知疾病基因的整合分析评估了这些模型与人类PH的相关性。该研究在单细胞分辨率上首次揭示了两种常用PH作者进一步深入分析了PAECs表达模式发现了一种由Tm4sf1(在癌症中强烈表达的基因)标记的、具有独特转录组特征的内皮细胞亚群2(arterialtype2,新的Tm4sf1标记的大鼠肺内皮细胞亚群，并且证明了其对PAH的相关性[34]。此外，Rodor等[34]深入分析了SuHx-PH小鼠模型的PAEC转录水平改变，并特别是主要组织相容性复合体Ⅱ(them动性和血管生成相关基因的上调。这些与小鼠PH发病有关的高表达基因有51%在不同物种中(人类和大鼠)也存在同步上调。通过在体外实验验证，CD74被轴线上的变化，并强调了Sgk1在动静脉过渡区的重要性。这些发现更深刻地揭素。研究者可以把基因编辑技术应用于PH动物模型的研究，并联合单细胞测序技术，以阐明重要基因更深层次的影响。Isobe等[35]在内皮细胞Bmpr2特异转肺动脉高压。Yi等[36]发现内皮细胞特异性Sox17敲除(Sox17-KO)小鼠17的缺失会诱发内皮细胞功能障碍，包括细胞周期编程、增殖和抗凋亡表型的能是由于E2F1信号通路介导的，并发现对E2f1进行药理学抑制可减轻Sox17-些研究的数据和结论，结合临床信息，进一步对PH的临床诊断和治疗产生积极 (如PASMC,肺血管周围成纤维细胞等)的单细胞水平研究。当前研究主要依托PH动物模型与人类PH亚型的相关性是PH研究无法回避的问题。尽管病理学和估。当前应用于PH动物模型的组学研究通常只聚焦于某种模型或组学，缺乏不同PH模型之间、不同物种之间地横向比较。系统的比较PH动物模型与人类PH能够帮助研究人员正确地选择动物模型，增加基础研究向临床应用转化的能力。参考文献[1]中华医学会呼吸病学分会肺栓塞与肺血管病学组，中国医师协会呼吸医师分会肺栓塞与肺血管病工作委员会，全国肺栓塞与肺血管病防治协作组，等.中国肺动脉高压诊断与治疗指南(2021版)[J].中华医学杂志，2021,101(1):11-51.DOI:10.3760/112137-20201008-02778.rthediagnosisandtreatmentofpulmonaryhyorthediagnosisandtreatmentofpulmonaryhypertension:thejointtftheEuropeanSocietyofCardiology(ESC)andtheEuropeanRespiratoungTransplantation(ISHLT)[J].EurHeartJ,2016,37(1):67-119.D0I:10.1093/eurheartj/ehv317.Tstatement:idiopathicpulmonaryfibrosis:evidence-basedguidelinesfordiagnosisannosis,management,andtreatment[J].NagoyaJMedSci,2019,81(1):19-30.DOI:10.18999/nagjms.81.1.19.[6]SimonneauG,Gatzoulissificationofpulmonaryhypertension[J].JAmCollCardiol,2013,62rventionsforpatientswithpulmonaryarterialhypertension[J].Circulation,2014,130(24):2189-2208.DOI:10.1161/CInologies[J].MolCell,2015,58(4):586-597.DOI:10.1016/j.molcel.2[9]StarkR,GrzelakM,HadfieldJ.RNAsequencing:the[10]TuderRM,MareckiJC,RichterA,etal.Pathologyofpulmonaryypertension[J].ClinicChestMed,2007,28(1):23-vii.[11]HuY,ChiL,KueblerWM,etal.Perivascularmonaryarterialhypertension[J].Cells,2020,9(11):2338.DOI:10.33[12]BalistrieriA,MakinoA,YuanJX.Pathophysiologyandpathogenicmechanismsofpulmonaryhypertension:roleofmembranereceptors,ionchannels,andCa(2+)signaling[J].PhysiolRev,-1897.DOI:10.1152/physrev.00030.2021.velopmentofpulmonaryhypertension[J].AmJPhysiolLungCellMolPhysiol,2019,316(1):L216-L228.DOI:10.1152/ajplung.00538.2017.ofilesassociatedwithpulmonaryarterialhypertensionandutcome[J].AmJRespirCritCareMed,2020,2[15]ElinoffJM,MazerAJ,CaiR,etal.Meta-analysisofbloodgenome-wideexpressionprofilinion[J].AmJPhysiolLungCellMolPhysiol,2020,318(1):L98-L111.hnologiesandapplications:abriefoverview[J].ClinTranslMed,2022,12(3):e694.DOI:10.[17]YanS,RestaTC,JerniganNL.Vasoconstrictnichypoxia-inducedpulmonaryhypertension:roleofoxidantsignaling[J].Antioxidants(Basel),2020,9(10):999.DOI:10.3[18]Boucherat0,AgrawalV,LdelsofpulmonaryhypertensionandrightventricRes,2022,130(9):1466-1486.DOI:10.1161/CIRCRESAHA.121.319971.[19]SztukaK,Jasinska-StroscheinM.Animalmodelsofpulmonaryarterialhypertension:Asystematicreviewandmeta-analysisofdatafrom6126animals[J].PharmacolRes,20[20]DignamJP,ScottTE,Kemp-HarperBK,etal.Animalmodelsofpulmonaryhypertension:gettingtotheheartoftheproblarmacol,2022,179(5):811-837.DOI:10.111[21]HuangY,LinF,TanglamineN-oxideaggravatespulmonary1MolBiol,2022,66(4):452-460.DOI:10.1165/rcmb.2021-04140C.ndaxonguidancebecauseofpulmonaryhypoperfusionalveolardevelopment[J].RespirRes,2023,24(1):12.[23]XiaoG,ZhuangW,WangT,etal.TranscriptomiciesToll-likeandNod-likepathwaysandterialhypertension[J].JCellMolMed,2020,24OI:10.1111/jcmm.15745.pathwayinproliferationofpulmonaryarterysmoothmusclecellsinpulmonaryhypertension[J].[25]RhodesCJ,SweattAJ,MaronBA.Hareatmentandunderstandingofpulmonaryhypertension[J].CircRes,2022,130(9):1423-1444.DOI:10.1161/CIRCRESAHA.121.319969.omicsrevealsskewedcellularcommunicationulmonaryarteryremodeling[J].JCIInsight,2022[27]SayginD,TabibT,BittarH,etal.Transcriptionalprofiling[28]AsosinghK,ComhairS,Mavrakisndpulmonaryarterialhypertension[J].SOI:10.1038/s41598-02alysisofperipheralneutrophilsfrompatientswithiaryarterialhypertension[J].HypertensDOI:10.1161/HYPERTENSIONAHA.123.21142.[30]ViswanathanG,Kirshnerrevealsdistinctimmuneandsmoothmuscleributetochronicthromboembolicpulmonaryhypertension[J].Am