实验研究
基于单细胞转录组测序探讨小鼠脉络膜新生血管内皮细胞的病理特征
中华实验眼科杂志, 2023,41(3) : 241-252. DOI: 10.3760/cma.j.cn115989-20221202-00563
摘要
目的

基于单细胞转录组测序(scRNA-seq)探讨小鼠脉络膜新生血管(CNV)中内皮细胞(EC)的分子表达与病理特征。

方法

取6只6~8周龄C57BL/6小鼠按照随机数字表法随机分为2个组,每组3只,处死后摘取双眼眼球,分别采用剪碎脉络膜巩膜复合体法和刮取脉络膜法分离脉络膜组织,采用胰蛋白酶/Ⅰ型胶原酶37 ℃连续消化制得单细胞悬液,流式细胞术检测细胞活率及EC比例,确定单细胞悬液制备方法。选取6只小鼠随机分为正常对照组和CNV组,每组3只,其中CNV组小鼠建立激光诱导的CNV模型;于造模后7 d制备单细胞悬液,采用10xGenomics进行单细胞分离并构建测序文库,Illumina Novaseq6000进行高通量测序,获得基因表达矩阵;根据文献报道并参考Cellmarker数据库定义细胞亚群;选取EC亚群进行拟时序分析,生成各个细胞分化状态(State)的基因表达矩阵,筛选CNV-EC并初步分析表达特征。另选取6只小鼠建立CNV模型,于造模后7 d取小鼠眼球制备冰冻切片,免疫荧光染色检测EC标志物Pecam1与线粒体外膜蛋白Tomm20、mt-Co1和毛细血管标志物Kdr、Plvap的共定位及面积占比情况,并统计血管直径。

结果

剪碎复合体和刮取脉络膜所制备单细胞悬液的细胞活率分别为99.4%和99.1%,符合测序要求;流式细胞术检测EC占比约为1.58%。scRNA-seq结果显示,正常对照组和CNV组小鼠脉络膜均包含13个细胞亚群,与正常对照组比较,CNV组视锥/视杆细胞、EC和造血系细胞比例增加,视网膜色素上皮(RPE)细胞和施万细胞比例相应减少。在所有细胞亚群中,EC比例为18.40%。EC拟时序分析显示,脉络膜EC可分为4个State,CNV组中位于State 2状态的EC比例为29.1%,较正常对照组的9.5%明显升高;差异基因分析显示,State 2 EC中线粒体相关基因mt-Nd4mt-Atp6等表达上调而毛细血管基因KdrEsm1等表达显著下调。免疫荧光染色结果显示,CNV区域内Tomm20和mt-Co1在Pecam1阳性EC内表达分布面积比例分别为(19.50±4.68)%和(4.64±2.82)%,明显高于正常区域的(3.00±2.09)%和(0.18±0.34)%,差异均有统计学意义(t=7.88、3.84,均P<0.01)。CNV区域内Kdr和Plvap在Pecam1阳性EC内表达面积比例分别为(1.50±0.29)%和(0.79±0.97)%,明显低于正常区域的(31.30±5.44)%和(10.43±2.28)%,差异均有统计学意义(t=13.40、9.48,均P<0.01)。CNV区域血管直径为(5.52±1.85)μm,明显大于正常区域的(4.21±1.84)μm,差异有统计学意义(t=9.57,P<0.001)。

结论

CNV发生时,脉络膜组织中EC比例增加,CNV-EC呈现线粒体代谢活化和毛细血管特性丢失的病理特征,提示EC线粒体活化可能在CNV生成中具有一定的作用。

引用本文: 温立势, 张泉, 严宏祥, 等.  基于单细胞转录组测序探讨小鼠脉络膜新生血管内皮细胞的病理特征 [J] . 中华实验眼科杂志, 2023, 41(3) : 241-252. DOI: 10.3760/cma.j.cn115989-20221202-00563.
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脉络膜新生血管(choroidal neovascularization,CNV)是年龄相关性黄斑变性(age-related macular degeneration,AMD)等多种致盲眼病的共同病理基础[1]。CNV形成机制复杂,受多种细胞的多种因子调控,其中血管内皮细胞(endothelial cell,EC)是其主要效应细胞[2]。既往研究已揭示缺氧诱导因子(hypoxia-inducible factor,HIF)、血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)及Notch等信号通路对于CNV-EC的关键调控作用[3,4,5],但多基于脉络膜-巩膜复合体进行研究,对CNV-EC分子表达特征的理解仍有限。探讨并揭示CNV-EC的病理特征有望进一步理解CNV的发病机制,为开发新的CNV治疗靶点提供理论依据。近年来,单细胞转录组测序(single-cell RNA sequencing,scRNA-seq)技术日臻成熟,可以高分辨率地检测混杂样本内单个细胞的基因表达情况,从而区分不同细胞类群、追踪细胞发育轨迹及分析细胞间相互作用,为研究细胞的异质性提供了极大便利[6,7,8]。scRNA-seq已广泛应用于发育、肿瘤和心血管疾病等多种研究[9,10]。在眼科学领域,scRNA-seq技术已应用于揭示不同分区的视网膜细胞种类与功能,以及多种神经细胞的再分类、特异性标志物的识别和发育过程的评估[11]。Voigt等[12]、Lehmann等[13]和Rohlenova等[14]先后报道了AMD患者脉络膜组织及CNV模型小鼠脉络膜的细胞分群及病理标志物,揭示了免疫及代谢相关的潜在发病机制。目前,CNV-EC的病理性分子表达和功能特点尚未完全阐明。本研究优化小鼠脉络膜单细胞悬液制备方法,基于scRNA-seq技术分析激光诱导的小鼠CNV模型中的脉络膜细胞分群与EC分化状态,并结合免疫荧光染色,进一步探讨CNV-EC的病理特征。

 
 
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