小鼠、猪与人类动脉粥样硬化病变共有及特异的间充质细胞群

《Arteriosclerosis, Thrombosis, and Vascular Biology》：Mouse, Pig, and Human Atherosclerotic Lesions Have Common and Distinct Mesenchymal Cell Populations

背景：平滑肌细胞（SMC）增殖与表型转化驱动晚期动脉粥样硬化中介充质细胞异质性聚集，同时内皮-间充质转化及外膜细胞浸润亦参与该过程。动物模型可用于解析其招募与功能，但此类模型中间充质细胞群对人类疾病的重现程度尚不明确。本研究旨在比较典型小鼠、猪实验性病变与临床相关人类斑块的中间充质细胞多样性。 方法：研究人员采用多重并行整合算法与基因同源匹配策略，整合人颈动脉与冠状动脉、猪主动脉与冠状动脉、小鼠头臂动脉的单细胞RNA测序数据集。跨物种比较基于多方法一致性结果，并通过免疫荧光与原位杂交对感兴趣的细胞群进行斑块定位验证。 结果：跨物种分析揭示了一个保守的间充质细胞连续谱，从收缩型平滑肌细胞延伸至细胞外基质分泌型成纤维样细胞，该谱系在不同物种及血管床中均保持稳定。然而其余多个细胞群在人类与实验性病变中存在差异：分别以DLX5和RERGL为标志物的平滑肌细胞亚群仅特异性存在于人类颈动脉与冠状动脉斑块；相较于人类冠状动脉病变，猪病变中富集具有强促血管生成与炎症相关基因特征的间充质细胞状态，其中促血管生成表型与坏死核心早期发育相关；周细胞仅见于猪与人类斑块，而软骨样细胞在小鼠病变中丰富、猪中少见、所分析的人类病变中完全缺失。 结论：人类与实验性动脉粥样硬化共有核心间充质细胞表型，但多个特异亚型在存在与否或丰度上存在差异。识别这些差异——无论其反映物种特异性调控，还是病变部位、阶段或疾病活动的变异——均可为利用动物模型研究动脉粥样硬化中平滑肌细胞来源及其他类型间充质细胞提供依据。

研究背景与意义

动脉粥样硬化是心血管疾病的核心病理基础，斑块内间充质细胞（涵盖平滑肌细胞、成纤维样细胞及骨软骨样细胞）占晚期斑块细胞总量的绝大部分，主要由表型转化的平滑肌细胞衍生，已被全基因组关联研究证实携带多个冠心病风险位点，是当前斑块消退与稳定疗法研发的关键靶点。既往研究主要依赖小鼠模型，但实验动物病变与人类疾病在细胞组成上的可比性缺乏系统性验证；大型动物如猪的病变虽形态更接近人类，其中间充质细胞特征亦未明确。同时，不同物种的取样血管床（人类多为颈动脉、冠状动脉，小鼠常用主动脉根部、头臂动脉，猪常取腹主动脉）胚胎起源不同，且实验性病变进展迅速、多为早中期，与人类临床并发症阶段的病变存在差异，进一步增加了跨物种转化的复杂性。该研究由国际团队完成，发表于心血管领域期刊《Arteriosclerosis, Thrombosis, and Vascular Biology》，旨在通过跨物种单细胞图谱比较，明确共有与特异间充质细胞群，为动物模型的合理选择与数据解读提供依据。

关键技术方法

研究整合已发表及新生成的单细胞RNA测序数据集：人类颈动脉斑块来自内膜剥脱术样本（6例）、冠状动脉斑块来自心脏移植患者病变段（4例）；猪为高脂喂养的PCSK9转基因尤卡坦小型猪，取腹主动脉与右冠状动脉病变（共11例）；小鼠为高脂喂养的Apoe^?/?或rAAV-PCSK9注射模型，取头臂动脉或主动脉根部病变（共15例）。采用BENGAL跨物种整合流程，结合9种整合算法与3种基因同源匹配策略，通过稳定性聚类识别保守与特异细胞群；利用免疫荧光、RNAscope原位杂交及组织化学染色进行空间定位验证；辅以SCENIC转录因子调控子活性分析及批量RNA测序独立队列验证。

研究结果

斑块间充质单细胞数据集概览

研究人员按弹性动脉（人类颈动脉、猪腹主动脉、小鼠头臂动脉）与肌性动脉（人类冠状动脉、猪右冠状动脉）分层分析。所有物种均存在从收缩型到终末型的间充质细胞连续谱，同时包含少量特化亚群：人类颈动脉含DLX5细胞、CRTAC1细胞；猪腹主动脉含IFN中间态细胞；小鼠头臂动脉含Rgs5高表达收缩型细胞；人类冠状动脉特有RERGL细胞；猪冠状动脉富集CD74中间态与VEGFA终末态细胞。

弹性动脉间充质细胞的跨物种整合

通过12种最优整合结果的共识分析，77.1%的细胞属于共有簇，覆盖收缩型、中间型、终末型及增殖态。特异簇包括：人类富集的DLX5细胞（占人类颈动脉间充质细胞9%）、人类与猪共有的周细胞（分别占6%、3%）；小鼠富集的软骨样终末细胞（占小鼠间充质细胞7%，人类与猪中几乎缺失）。

弹性动脉共有与特异间充质细胞的转录特征

共有收缩型细胞高表达ACTA2、MYH11等经典平滑肌标志物，富集收缩功能相关通路；中间型与终末型细胞高表达LUM、DCN等细胞外基质基因，富集基质代谢通路。DLX5细胞表达神经嵴发育相关基因，富集骨发育通路；周细胞高表达GJA4、PGF等标志物，富集动脉形态发生通路；小鼠软骨样细胞高表达COL2A1、ALPL等软骨标志物，富集软骨发育通路。调控子分析显示，共有细胞存在保守的内质网应激与AP1信号调控，而SOX9等软骨相关调控子仅在小鼠活跃，KLF4等可塑性调控子在人类富集。

批量RNA测序验证

独立批量RNA测序队列证实：DLX5与SUCNR1在人类颈动脉斑块高表达；COL2A1与ALPL在小鼠主动脉斑块高表达；GJA4与PGF及收缩型标志物在人类与猪病变中表达更高，与单细胞结果一致。

弹性动脉病变中的空间定位

ACTA2与LUM双标显示共有连续谱的空间分布保守：收缩型细胞位于纤维帽区，终末型细胞位于斑块深部与坏死核心。DLX5细胞呈斑片状分布于人类颈动脉中膜与斑块；周细胞环绕人类与猪斑块新生血管；小鼠软骨样细胞定位于软骨化生区域，猪仅少数病变见少量COL2A1阳性细胞，人类病变中未检测到。

冠状动脉间充质细胞的跨物种整合

78.6%的细胞为共有簇，包括收缩型、中间型、终末型、IFN中间态及成纤维细胞。特异簇包括：人类富集的RERGL细胞（占13.0%）与周细胞（占15.2%）；猪富集的CD74中间态细胞（占28.3%）与VEGFA终末态细胞（占6.7%）。

冠状动脉病变中的空间定位

共有连续谱的空间分布与弹性动脉一致。RERGL细胞位于人类冠状动脉纤维帽区；CD74中间态细胞分布于猪斑块肩部、纤维帽及深部；VEGFA终末态细胞在猪病理性内膜增厚期最丰富，纤维粥样瘤期仅存于坏死核心边缘。

跨物种命名与标志物总结

研究梳理了既往15余种间充质细胞术语，提出通用命名框架。鉴定出ACTA2（收缩型）、LUM（终末型）等跨物种保守标志物；发现小鼠常用的LGALS3、VCAM1等过渡态标志物不适用于人类与猪病变，而TNFRSF11B、GAS4可在人类与猪冠状动脉中标记中间态细胞。

讨论与结论

讨论部分指出，研究通过多算法共识整合降低了单方法偏差，但仍无法完全区分物种差异与血管床、病变阶段、疾病活动的混杂影响。例如DLX5细胞可能受血管胚胎起源调控，VEGFA终末态细胞的丰度差异可能反映病变阶段不同，猪冠状动脉中CD74细胞的富集或与模型的高炎症状态相关。研究的核心结论是：大多数间充质细胞属于跨物种保守的核心群体，支持动物模型用于研究人类斑块间充质细胞的核心功能；但多个特异亚群的存在提示需针对性选择模型——如研究周细胞相关过程应优先选用猪模型，而小鼠软骨样细胞过程可能无法直接外推至人类。该成果为动脉粥样硬化靶向治疗的转化研究提供了细胞层面的参考图谱。