近日，科羅拉多大學醫學院的研究人員在Am J Respir Crit Care Med（IF19.3）上發表了題為Digital Spatial Profiling Identifies Distinct Molecular Signatures of Vascular Lesions in Pulmonary Arterial Hypertension的文章。

特發性肺動脈高壓（IPAH）是一種嚴重的心肺疾病，其核心病理特征之一是肺動脈血管病變，導致血管狹窄和閉塞。IPAH血管病變的特征表現為4種病變類型：叢狀（Plx）和閉塞性（Oblit）病變、內膜加中膜異常增生（IMH）以及外膜改變（Adv），這些病變分布在肌肉動脈(直徑< 80微米)和毛細血管前動脈(直徑< 70微米)。該文章通過數字空間分析（DSP）技術識別11個IPAH患者肺和5個對照肺血管病變的分子特征，從而為IPAH的診斷和治療提供新的生物標志物。

IPAH肺血管病變組織類型及DSP樣本信息

  
01 結論

1. IPAH與對照肺動脈間的差異基因表達

通過DSP空間轉錄組技術對11個IPAH患者肺和5個對照肺動脈進行分析，共挑選了IPAH 149個ROIs，對照組62個ROIs。基于8273個檢測到的轉錄本的主成分分析顯示，IPAH病變與對照肺動脈不同地聚集，具有一定程度的重疊。IPAH組與對照組肺動脈ROI之間的最顯著差異表達基因為編碼抗氧化劑谷胱甘肽過氧化物酶(GPX3)和免疫球蛋白重鏈G4 (IGHG4)。與對照ROIs相比，IPAH ROIs顯著富集TGFβ和TNFα信號、氧化應激、凋亡和缺氧等通路。
 

IPAH與對照肺動脈的差異基因

 
2. 四種肺血管病變的差異基因表達

比較四個肺血管病變與對照組的基因表達結果顯示，Plx組有108個獨特表達基因，涉及炎癥、血管生成、內皮細胞功能以及先天和獲得性免疫等。Adv組顯示 84個獨特表達基因。其中22個差異表達的基因在所有IPAH病變類型中共有，包括免疫球蛋白、HLA和JUN等。

Plx組中組織相容性白細胞抗原(HLA)-B、胰島素生長因子結合蛋白(IGFBP)-4兩個基因的表達最高。與 Oblit,、IMH和Plx組相比，Adv組病變中補體因子D (CFD)表達最高，CFD是一種激活補體旁路C3的中樞轉化酶，這支持了補體在肺動脈高壓血管周圍炎癥中的潛在作用。隨后利用免疫組織化學也驗證了差異表達的基因。

四種肺血管病變的差異基因表達和免疫組化驗證

 
3. IPAH和對照肺動脈間的細胞類型分布

使用人類肺細胞圖譜數據來推斷每個ROI中內皮細胞、平滑肌細胞、肌成纖維細胞、周細胞、巨噬細胞、肺泡II型和I型細胞的組成。與Oblit或IMH 組相比，在Plx和Adv組中內皮細胞數量增加。Adv組中還含有大量外膜成纖維細胞和肌成纖維細胞。平滑肌細胞在Oblit和IMH組中居多。
 

IPAH和對照肺動脈的細胞類型

 
4. 四種病變類型中遺傳性肺動脈高壓相關基因的表達

隨后研究了編碼23個遺傳性PAH相關基因的表達模式。在IPAH病變樣本中發現有13種基因表達，包括非TGFβ相關基因和TGFβ家族突變基因endoglin (ENG)、ACVRL1、BMPR2和SMAD4。Plx組中表達13個基因，其中ENG的表達量高。
 

遺傳性肺動脈高壓基因的表達

 
02 總結

該研究利用DSP空間轉錄組技術，證明叢狀（Plx）和IPAH外膜病變（Adv）與內膜加中膜異常增生（IMH）和閉塞性（Oblit）病變相比，有更多的異常表達基因。Plx組富含干擾素和TNFα信號以及血管生成、TGFβ家族、上皮/內皮間充質轉換和缺氧途徑參與炎癥等基因。Adv組富含炎癥標記物，特別是與補體激活相關的。這些證據表明肺血管結構細胞和炎性細胞之間的關聯導致存在自體免疫和獲得性免疫，從而導致IPAH發病。這些發現為IPAH的研究提供了一個豐富的數據集，可以幫助設計新的治療靶點及開發新的治療手段。