单细胞RNA序列提供了新颖的见解在腹主动脉瘤病理通路

介绍

腹主动脉瘤(AAA)是一个复杂的多因子的腹主动脉的病理扩张。AAAs普遍在大约1 - 2%的男性年龄在65年,将近0.5%的70岁以上的女性,然而,AAA破裂死亡的主要原因是在美国(1,2)。动脉瘤随着时间的推移逐步扩张,一旦达到一个阈值大小,选择性外科修复与开放手术或血管内移植位置推荐。由于缺乏有效的药物治疗,手术治疗仍是唯一可用的治疗这种疾病。没有干预,持续AAA囊扩张增加动脉瘤破裂的风险,携带重要的发病率和死亡率。

由于复杂的相互作用的生化,血液动力学、遗传、环境机制,调查的病理生理学AAA带来了挑战。动脉壁损伤与高龄、吸烟、高血压、男性性别和家庭倾向导致累积的慢性炎症,氧化应激和故障修复机制(2,3)。不可逆转的变化导致血管壁平滑肌细胞死亡,矩阵metalloproteases的活化,改变细胞外基质成分使主动脉壁逐渐扩张和减弱(2)。破坏动脉动脉瘤囊内流的地方额外的生物力学因素在墙上,进一步导致病理过程(4)。尽管AAA的识别机制,有有限的理解这些过程相互关联的方式和监管在细胞和分子水平。

单细胞RNA序列(scRNA-seq)技术用于分析基因表达在单个细胞水平。相比传统的RNA序列,分析平均散装基因表达的组织样本,scRNA-seq提供更详细和准确的评估样品内部细胞的异质性,它甚至可以识别罕见的细胞类型和预测信息信号通路。以来发现的单细胞RNA序列(scRNA-seq)唐等人在2009年,这项技术的使用已成为近年来日益接受由病理生理的研究(5)。对RNA转录的分析进一步证明了巨大的复杂性和异质性的细胞参与心血管疾病。然而,它的使用在评估AAA未知只是直到最近2018年(6)。今天,scRNA-seq AAA是越来越受欢迎,部分通过公共数据的可用性。在这项研究中,我们审查当前文学在AAA scRNA-seq展示这项技术的潜在研究动脉瘤性疾病,及其挑战。

方法

文献检索的出版物关于scRNA测序AAA MEDLINE数据库使用PubMed执行搜索引擎。搜索条件包括(“单细胞RNA”或“scRNA-seq”)和“腹主动脉瘤(s)”查询中所有字段的文本,以捕获最多的文章。只有原始研究全文发表在2023年之前都包括在内。主要研究被排除在外,如果没有新的scRNA-seq数据或现有数据集进行的深入分析。模型执行scRNA-seq或组织标本,细胞的数量和集群,主要scRNA-seq特定的调查结果进行比较。

结果

上面的搜索成果17,其中2研究被排除在外。一项研究被排除在外是作者使用了先前发表scRNA-seq数据库来识别一个RNA序列的存在感兴趣的而不是分析数据集(7)。评论文章也被排除在外,因为它不包含主数据(8)。剩下的15手稿、9研究收集主要scRNA-seq数据(表1),6个研究重新分析可用scRNA-seq数据库(表2)。

第一个出版研究利用scRNA-seq技术AAA是哈迪等人在2018年,使用一个全身的血管紧张素ⅱ(Ang II) AAA小鼠模型(6)。每年一篇文章在AAA scRNA-seq的话题发表在2018年和2020年之间。到2021年,流行的scRNA-seq AAA开始上升4手稿出版,一个由戴维斯等人这是第一个也是唯一一个研究使用这种技术对人类AAA组织(11)。2022年,9手稿出版(不含2文章前面提到的),导致附近的指数增加新的出版物每年(图1)。更多的公开数据集允许更多的分析研究,证明了5 6数据库的研究正在进行。

当前可用的AAA scRNA-seq数据库来自人类和实验分析动脉瘤的主动脉组织。分析了三种模型的小鼠动脉瘤scRNA-seq包括Angⅱ渗透泵模型,外膜弹性蛋白酶模型,和血管周的氯化钙(CaCl₂)模型。所有这些老鼠研究使用年轻的雄性老鼠。在人工数据集,2 4 AAA的组织样本来自女性患者,虽然这两种控制(n= 2)从男性患者接受aortobifemoral搭桥(获得11)。

数据库的分析研究中,大多数人类的数据集小鼠AAA集相比,或scRNA-seq数据相比其他可用遗传数据,比如信使rna基因芯片表达数据集。大多数研究reclustered可用数据集和利用差异表达基因(度)来识别感兴趣的一个特定的序列。一项研究利用CellChat分析来确定细胞间通信通路通过识别细胞集群之间传出和传入的信号(17)。

符合Angⅱ模型的广泛使用其他方法,4的原始scRNA-seq与这个模型进行了研究(表1)。这些研究使用ApoE^−−/老鼠注射了Angⅱ(1000 ng /公斤/分钟)为28天,并主要集中分析在特定组织细胞类型(6,12,13,15)。发表的大多数小鼠AAA scRNA-seq研究进行肾上腺主动脉组织段动脉瘤性扩张时。而杨的研究和同事研究了转录组的肾下的主动脉组织由CaCl动脉瘤后敏锐地感应₂(9),赵和同事研究了两个7岁和14日组织后动脉瘤感应弹性蛋白酶(10)。尽管使用不同的AAA模型,病理阶段,和主动脉段,所有scRNA-seq发表的调查小组研究发现多种细胞类型和一些常见的信号通路改变包括那些负责任的炎症,血管平滑肌细胞表型变化和主动脉壁重构(表1,2)。

讨论

这个短暂的系统评价作为资源的当前状态scRNA-seq AAA。正如上面标识的,scRNA-seq AAA的流行和实用,大多数研究已经在过去的一年里进行的。总的来说,这项技术验证现有的理解的病理生理机制参与AAA。总的来说,scRNA-seq研究强调的重要性包括炎症的病理过程,负重塑的细胞外基质蛋白,血管平滑肌细胞的表型变化。然而,解决的能力在单个细胞转录组分辨率,scRNA-seq另外提供了一个清晰可见的异质性,每个主要的细胞类型中发现动脉瘤的组织。此外,各种生物信息学分析工具的发展使描述的具体交互中涉及复杂的通路和细胞通讯的预言。例如,scRNA-seq哈迪等人进行的分析提供精确的机制渗透巨噬细胞激活血管平滑肌细胞移植矩阵metalloprotease-3转录激活,将已知的炎症反应更深的深度(6)。同样,戴维斯等人的研究概括的关键参与炎性巨噬细胞参与AAA发展,但也提供了一个分子路径通过巨噬细胞变换(11)。

评估AAA使用scRNA-seq有其局限性。scRNA-seq技术而言,评估RNA转录组水平的变化并不一定反映在蛋白质组学水平的变化相似。的高特异性scRNA-seq付出的成本降低灵敏度与散装RNA序列相比,意义low-abundance成绩单或罕见的细胞表型可能未被发现或未被使用这种方法。此外,scRNA-seq通常生成低读覆盖每个细胞和经常使用短内容排序,从而很难识别可变剪接事件发生在低水平。操纵细胞在体外隔离之前也可能导致RNA变化分析。评估使用scRNA-seq AAA受到目前的动物模型的局限性和scRNA-seq数据库。在老鼠身上时,可用的AAA模型仅利用雄性老鼠在scRNA-seq发表的所有工作。虽然大多数的AAA发生在男性,女性,尤其是绝经后妇女,也受到这种高致命性疾病的影响。排除scRNA-seq雌性动物的研究设计减少评估AAA的性别差异的能力。因此,一个似是而非的进展戴维斯和他的同事包括AAA女性患者样本(11)。然而,它仍然是具有挑战性的决定最优比率男性和女性样本,考虑AAA不成比例地影响男性。

总之,scRNA-seq是一个强大的研究工具使AAA病理生理学的公正的调查。额外的数据集从人类AAA病人和控制是必要的。进一步比较人类和小鼠数据集以及男性和女性之间的数据集是有用的在决定哪些复杂的分子途径可能的治疗靶点。

作者的贡献

JB和提单设计本研究和写的手稿。所有作者的文章和批准提交的版本。

确认

这个调查是由美国国家心肺和血液研究所(NHLBI)下的美国国立卫生研究院(NIH) 1 r01hl149404-01a1(提单),和露丝l . Kirschstein国家研究服务奖T32 HL 007936到威斯康辛大学麦迪逊分校的心血管研究中心(JB)。

的利益冲突

作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。

出版商的注意

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