健康与疾病小鼠主动脉内皮细胞在动脉瘤易发部位的遗传和功能特征

2025-01-02 Thu
主动脉内皮细胞在动脉瘤易发部位的遗传和功能特征研究学术背景主动脉瘤（Aortic Aneurysm, AA）是一种以血管特定部位病理性扩张为特征的疾病，可能导致致命的血管破裂。主动脉瘤通常发生在特定的易发部位，如主动脉弓和腹主动脉。尽管血流动力学因素在动脉瘤的形成中起着重要作用，但血管壁的内在差异是否也参与其中仍不明确。近年来，越来越多的证据表明，内皮细胞（Endothelial Cells, ECs）在主动脉瘤的发病机制中扮演了重要角色。内皮细胞在不同器官和血管树的不同部位表现出显著的异质性，这种异质性可能与动脉瘤的易发性有关。
为了深入研究主动脉内皮细胞在动脉瘤形成中的作用，研究人员开发了一种改良的“Häutchen方法”，用于从小鼠主动脉的特定部位分离内皮细胞，并通过RNA测序（RNA-seq）分析其空间异质性。该研究旨在揭示健康小鼠主动脉内皮细胞在动脉瘤易发部位的遗传和功能特征，并探讨这些特征在疾病发展中的潜在作用。
论文来源该研究由Alexander Brückner、Adrian Brandtner、Sarah Rieck等研究人员共同完成，研究团队来自德国波恩大学、吕贝克大学和波鸿鲁尔大学等机构。论文于2024年7月4日在线发表在《Angiogenesis》期刊上，题为《Site-specific genetic and functional signatures of aortic endothelial cells at aneurysm predilection sites in healthy and AngII ApoE−/− mice》。
研究流程1. 内皮细胞的分离与处理研究人员首先使用改良的“Häutchen方法”从健康C57BL/6小鼠和AngII ApoE−/−小鼠的主动脉不同部位分离内皮细胞。具体步骤如下：
主动脉分离：打开小鼠的胸腔和腹腔，分离主动脉并去除结缔组织，使用肝素（250 IU/mL）灌注主动脉。
主动脉分段：将主动脉分为四个部分，分别代表主动脉弓的升支和降支，以及胸主动脉和腹主动脉。
内皮细胞分离：使用改良的“Häutchen方法”将主动脉段的内皮细胞和内侧/外膜细胞分离。具体方法是将主动脉段切开，内皮面朝下放置在玻璃盖玻片上，然后将预冷的玻璃盖玻片放置在主动脉段的外膜面，通过机械力将表层细胞转移到玻璃片上。
RNA提取：使用RNeasy Plus Micro Kit（Qiagen）从分离的内皮细胞中提取RNA，并进行RNA-seq分析。
2. AngII ApoE−/−小鼠模型的建立为了研究动脉瘤的形成，研究人员使用了AngII ApoE−/−小鼠模型。具体步骤如下：
小鼠处理：将10-18周龄的ApoE−/−小鼠随机分为AngII组和对照组。AngII组小鼠通过植入Alzet渗透泵持续输注AngII（1000 ng/kg/min），持续14或28天。
疾病监测：使用Vevo 3100超声仪监测动脉瘤的形成。
3. RNA-seq分析研究人员对分离的内皮细胞进行了RNA-seq分析，以比较不同部位内皮细胞的基因表达差异。具体步骤如下：
文库制备：使用Trio RNA-seq Library Preparation Kit（Tecan）制备RNA-seq文库，并在NextSeq 500测序仪上进行测序。
数据分析：使用Galaxy平台进行RNA-seq数据的生物信息学分析，包括基因表达差异分析、基因本体（GO）分析和热图绘制。
4. 内皮细胞机械性能的测量研究人员使用原子力显微镜（Atomic Force Microscopy, AFM）测量了内皮细胞的皮质硬度，以评估其在动脉瘤易发部位的机械性能变化。
主要结果1. 内皮细胞的分离与鉴定通过改良的“Häutchen方法”，研究人员成功地从健康小鼠主动脉的不同部位分离出高纯度的内皮细胞。RNA-seq分析显示，内皮细胞和内侧/外膜细胞的基因表达谱存在显著差异，进一步验证了该方法的有效性。
2. 内皮细胞的基因表达异质性研究人员发现，健康小鼠主动脉不同部位的内皮细胞存在显著的基因表达异质性。特别是在动脉瘤易发部位（如主动脉弓升支和腹主动脉），内皮细胞表现出与细胞外基质重塑、血管生成和炎症相关的基因上调。
3. AngII ApoE−/−小鼠模型的基因表达变化在AngII ApoE−/−小鼠模型中，研究人员发现动脉瘤形成部位的内皮细胞基因表达模式与健康小鼠动脉瘤易发部位的基因表达模式相似。这表明，健康小鼠主动脉内皮细胞的异质性可能决定了动脉瘤的形成部位和病理变化。
4. 内皮细胞的机械性能变化通过AFM测量，研究人员发现动脉瘤易发部位的内皮细胞皮质硬度显著增加，这可能是内皮功能障碍的早期标志。
结论该研究揭示了健康小鼠主动脉内皮细胞在动脉瘤易发部位的遗传和功能异质性，并表明这种异质性可能决定了动脉瘤的形成部位和病理变化。研究结果为进一步理解主动脉瘤的发病机制提供了新的视角，并为未来的治疗策略提供了潜在靶点。
研究亮点改良的“Häutchen方法”：该研究开发了一种改良的“Häutchen方法”，能够从主动脉的特定部位高效分离内皮细胞，为研究内皮细胞的异质性提供了重要工具。
内皮细胞的基因表达异质性：研究发现健康小鼠主动脉不同部位的内皮细胞存在显著的基因表达异质性，特别是在动脉瘤易发部位，内皮细胞表现出与细胞外基质重塑、血管生成和炎症相关的基因上调。
AngII ApoE−/−小鼠模型的验证：在AngII ApoE−/−小鼠模型中，动脉瘤形成部位的内皮细胞基因表达模式与健康小鼠动脉瘤易发部位的基因表达模式相似，进一步验证了内皮细胞异质性在动脉瘤形成中的重要作用。
内皮细胞的机械性能变化：研究发现动脉瘤易发部位的内皮细胞皮质硬度显著增加，这可能是内皮功能障碍的早期标志，为动脉瘤的早期诊断提供了潜在依据。
研究意义该研究不仅揭示了主动脉内皮细胞在动脉瘤形成中的重要作用，还为未来的治疗策略提供了新的思路。通过靶向内皮细胞的异质性，可能有助于预防或治疗主动脉瘤。此外，改良的“Häutchen方法”为研究其他血管疾病的内皮细胞异质性提供了重要工具。