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進行人工瓣膜植入，包括經導管主動脈瓣置換術和外科主動脈瓣置換術。由于CAVD在多個病理階段都有表現，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)展涉及一個復雜的多層組織結構，具有豐富的細胞外基質表型和獨特的高度可塑性的多潛能駐留細胞群。因此，定義病理組織中存在的細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團隊，通過使用無偏單細胞RNA測序法對從6個不同的人主動脈瓣葉分離的34632個細胞進行高通量的細胞異質性評價。通過細胞實驗、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的估計細胞數量為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胞分類為細胞類型組，基于圖的聚類顯示6個樣本中有14個簇；每個簇中的細胞相對于總細胞數的比例從簇1到簇14依次減少，個體間鈣化瓣膜細胞的異質性并不表明個體內存在明顯的細胞簇，只有細胞數量的差異是明顯的。最后選擇每個簇表達量排名前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個單核細胞，1個巨噬細胞，1個淋巴細胞和2個VEC亞群。以上研究表明主動脈瓣存在細胞異質性。
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是顯著的細胞群體。發(fā)現簇1、2、3、4、6和8是新的細胞類型，與先前確定的VEC或VIC不完全匹配。在7個群體在CAVD組中明顯更多表達量排名前5的基因未能表現出顯著的特異性。選擇每個簇中表達量最高的基因作為識別這些顯著細胞群的潛在標記（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LUM、SOX4、CCL20、MT1A、RPL17、CMSS1在新鑒定的細胞簇中均有表達。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標記定位VECs，SPARC定位VICs，IL1RL1+/SPARC+和SELE+/SPARC+細胞在CAVD標本的瓣膜內皮層邊緣顯著，SELE+/SPARC+細胞傾向于從內皮區(qū)遷移到間質區(qū)。內皮細胞相關的內皮標志物VE鈣粘蛋白的表達水平被Endo-MT誘導顯著抑制，而間充質細胞標記物COL1A和骨膜炎素的表達則被顯著誘導。分離的VEC表現出鵝卵石狀的形態(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天后出現較大的克隆。7天后，這些細胞呈現成纖維細胞樣的形態(tài)。CDH5和SELE的雙重染色顯示標記共定位，但僅檢測到少數SELE+/CDH5?細胞。以上結果表明Endo-MT參與CAVD過程的驗證及機制。
綜上所述，該研究團隊用無偏單細胞RNA測序法對從6個不同的人主動脈瓣葉分離的34632個細胞進行高通量的細胞異質性評價。通過細胞實驗、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標本，確定了14種細胞亞型，包括3種不均一的瓣膜間質細胞亞群，3種免疫源性細胞，2種類型的瓣膜內皮細胞，以及6種特別在CAVD小葉中發(fā)現的新的瓣膜源性間質細胞。結合主動脈瓣增厚的單細胞轉錄本驗證主動脈瓣病變。
研究人員發(fā)現解構了主動脈瓣細胞圖譜，并提示了常駐細胞亞群之間的新功能相互作用。該研究團隊的研究結果可能為未來預防CAVD的靶向治療提供了思路。
