RNA-seq分析揭示为什么主动脉瘤会在特定的位置形成?

　　血管动脉瘤从一开始就有偏向性——通常都会在特定的位置形成血管动脉瘤，即使健康人群中也一样。德国的医学研究人员进行的一项研究表明了这一点。

　　

主动脉局部病理性的扩张，超过正常血管直径的50%，称之为主动脉瘤。主动脉血管扩张如果破裂有很高的死亡率。在人类和小鼠模型中，主动脉瘤通常总是在特定的偏爱部位优先形成。德国波鸿和波恩的医学研究人员进行的一项研究想要探究为什么总是这些部位受影响、是什么让他们与众不同？他们对最内层血管层基因活性的研究表明，即使在健康小鼠中，异常也恰好发生在这些部位——血管动脉瘤通常形成的部位从一开始就有偏向性。研究小组在2024年7月5日的《Angiogenesis》杂志上发表了他们的研究结果。

Stamp技术有助于内皮细胞的RNA分析

在人类和小鼠模型中，通常腹主动脉瘤(AAA)发生在膈下方，而胸主动脉瘤(TAA)最常见于主动脉根或升主动脉弓。AAA在工业化国家发病率高，并与其他心血管疾病相关，而TAA常见于遗传综合征，如马凡综合征或Loeys-Dietz综合征。AAA和TAA被认为是不同的病理生理实体，因为受影响的主动脉段胚胎起源不同，血管壁结构不同，蛋白酶和趋化因子信号通路不同，剪切应力谱也不同。

主动脉瘤形成的一个关键发现是主动脉壁的结构变性，过去的许多研究都集中在平滑肌层和细胞外基质的变化上，最近在人类和动物模型中的证据表明，AAA也与内皮细胞功能障碍密切相关。内皮细胞在不同器官中表现出明显的异质性，甚至在同一器官内沿着血管的不同区域都存在位点特异的异质性。

那么健康主动脉中内皮细胞是否可能存在区域异质性，使得特定部位容易形成主动脉瘤？为了找出反复受影响的血管区域与其他血管区域的区别，来自波鸿和波恩的Daniela Wenzel和她的团队——是Transregio 259“主动脉疾病”合作研究中心的一部分，开发了一种专门检查主动脉内皮的方法——因为主动脉壁的内皮细胞数量很少，而且需要进行特定部位的隔离，作者建立了一种改进的“Häutchen方法”，能够从小鼠主动脉的特定片段中分离出高度富集的内皮细胞。

研究人员利用Stamp技术在特定条件下成功地分离了健康小鼠的主动脉内皮细胞。从这些只包含大约350个单个细胞的小样本中，他们可以分离并检测RNA。他们分析了主动脉不同部位的基因活性，并比较了经常形成动脉瘤的部位和不表现出这种倾向的部位。通过对主动脉内皮细胞进行深入的大量RNA-seq分析，作者证明了健康主动脉树不同部位之间有显著的转录组异质性。在健康小鼠的主动脉瘤偏好位点发现了与细胞外基质(ECM)重塑、血管生成和炎症相关的基因调控。这种表达模式反映了AngII ApoE⁻/⁻动脉瘤模型中主动脉瘤发育部位的遗传和结构变化。研究数据表明，内皮细胞的异质性和功能障碍指向动脉瘤形成的部位特异性。

研究人员说:“我们从动脉硬化等其他血管疾病中得知，早在症状出现之前，最内层就已经发生了变化。”

基因异常

Alexander Brückner是波恩大学医院和波恩大学生理研究所工作组的博士生，也是这项研究的第一作者，他表示“我们在经常形成扩张的部位发现了某些上调基因的模式，”“这些非常活跃的基因会影响细胞外基质的变化、新血管的形成和一些炎症反应。”在人类动脉瘤组织中也发现了这种基因异常。研究人员还确定了健康主动脉样本中内皮的硬度。内皮越缺乏弹性，对血管健康的危害就越大。他们证明，在动脉瘤频繁发生的部位，内皮比对照组更坚硬。

在下一步中，研究小组使用了一种由于靶向基因修饰而容易形成动脉瘤的小鼠模型，如果在这些小鼠中另外诱发高血压，就会形成主动脉瘤。他们比较了没有动脉瘤的转基因小鼠和由于高血压而产生动脉瘤的小鼠的主动脉内皮的遗传活性。“在患有动脉瘤的小鼠身上，我们发现了更大程度的基因改变，与健康小鼠的基因改变属于同一类别，”“在患有动脉瘤的小鼠中，血管壁也发生了变化。”

研究人员得出结论，动脉瘤经常形成的部位从一开始就是弱点。作者表示：“我们不知道为什么会发生这种情况——也许与机械条件和那里的血液流动有关，或者这些部位的基因活性改变是从出生时遗传下来的。”后者似乎是合理的，因为主动脉从不同的胚胎前体细胞发育到不同的高度。“如果再加上吸烟和高血压等危险因素，这些部位特别容易形成血管性动脉瘤”。他们希望基础研究能够更好地理解动脉瘤形成的过程，并最终找到药物治疗的新方法。