【IF 19.3】DSP技术识别肺动脉高压血管病变的独特分子特征
近日，科罗拉多大学医学院的研究人员在Am J Respir Crit Care Med（IF19.3）上发表了题为Digital Spatial Profiling Identifies Distinct Molecular Signatures of Vascular Lesions in Pulmonary Arterial Hypertension的文章。
特发性肺动脉高压（IPAH）是一种严重的心肺疾病，其核心病理特征之一是肺动脉血管病变，导致血管狭窄和闭塞。IPAH血管病变的特征表现为4种病变类型：丛状（Plx）和闭塞性（Oblit）病变、内膜加中膜异常增生（IMH）以及外膜改变（Adv），这些病变分布在肌肉动脉(直径< 80微米)和毛细血管前动脉(直径< 70微米)。该文章通过数字空间分析（DSP）技术识别11个IPAH患者肺和5个对照肺血管病变的分子特征，从而为IPAH的诊断和治疗提供新的生物标志物。
IPAH肺血管病变组织类型及DSP样本信息
01 结论
1. IPAH与对照肺动脉间的差异基因表达
通过DSP空间转录组技术对11个IPAH患者肺和5个对照肺动脉进行分析，共挑选了IPAH 149个ROIs，对照组62个ROIs。基于8273个检测到的转录本的主成分分析显示，IPAH病变与对照肺动脉不同地聚集，具有一定程度的重叠。IPAH组与对照组肺动脉ROI之间的最显著差异表达基因为编码抗氧化剂谷胱甘肽过氧化物酶(GPX3)和免疫球蛋白重链G4 (IGHG4)。与对照ROIs相比，IPAH ROIs显著富集TGFβ和TNFα信号、氧化应激、凋亡和缺氧等通路。
IPAH与对照肺动脉的差异基因
2. 四种肺血管病变的差异基因表达
比较四个肺血管病变与对照组的基因表达结果显示，Plx组有108个独特表达基因，涉及炎症、血管生成、内皮细胞功能以及先天和获得性免疫等。Adv组显示 84个独特表达基因。其中22个差异表达的基因在所有IPAH病变类型中共有，包括免疫球蛋白、HLA和JUN等。
Plx组中组织相容性白细胞抗原(HLA)-B、胰岛素生长因子结合蛋白(IGFBP)-4两个基因的表达最高。与 Oblit,、IMH和Plx组相比，Adv组病变中补体因子D (CFD)表达最高，CFD是一种激活补体旁路C3的中枢转化酶，这支持了补体在肺动脉高压血管周围炎症中的潜在作用。随后利用免疫组织化学也验证了差异表达的基因。
四种肺血管病变的差异基因表达和免疫组化验证
3. IPAH和对照肺动脉间的细胞类型分布
使用人类肺细胞图谱数据来推断每个ROI中内皮细胞、平滑肌细胞、肌成纤维细胞、周细胞、巨噬细胞、肺泡II型和I型细胞的组成。与Oblit或IMH 组相比，在Plx和Adv组中内皮细胞数量增加。Adv组中还含有大量外膜成纤维细胞和肌成纤维细胞。平滑肌细胞在Oblit和IMH组中居多。
IPAH和对照肺动脉的细胞类型
4. 四种病变类型中遗传性肺动脉高压相关基因的表达
随后研究了编码23个遗传性PAH相关基因的表达模式。在IPAH病变样本中发现有13种基因表达，包括非TGFβ相关基因和TGFβ家族突变基因endoglin (ENG)、ACVRL1、BMPR2和SMAD4。Plx组中表达13个基因，其中ENG的表达量高。
遗传性肺动脉高压基因的表达
02 总结
该研究利用DSP空间转录组技术，证明丛状（Plx）和IPAH外膜病变（Adv）与内膜加中膜异常增生（IMH）和闭塞性（Oblit）病变相比，有更多的异常表达基因。Plx组富含干扰素和TNFα信号以及血管生成、TGFβ家族、上皮/内皮间充质转换和缺氧途径参与炎症等基因。Adv组富含炎症标记物，特别是与补体激活相关的。这些证据表明肺血管结构细胞和炎性细胞之间的关联导致存在自体免疫和获得性免疫，从而导致IPAH发病。这些发现为IPAH的研究提供了一个丰富的数据集，可以帮助设计新的治疗靶点及开发新的治疗手段。
