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

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-Nd4和mt-Atp6等表达上调而毛细血管基因Kdr和Esm1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。