Nat Commun 大理大学一附院吴新华、河南大学何阳阳和北京协和医院荆志成团队联合攻关揭示高原性肺动脉高压独特的单核细胞表型-河南大学学术发展部

Nat Commun 大理大学一附院吴新华、河南大学何阳阳和北京协和医院荆志成团队联合攻关揭示高原性肺动脉高压独特的单核细胞表型

信息来源：发布日期：2023-04-10

高原性肺高血压(High-Altitude Pulmonary Hypertension, HAPH)是受高原低氧环境影响，代偿性的肺通气增加、血管收缩、肺小动脉中层平滑肌细胞的异常增生等引起的一种高原疾病，备受全球科学界关注。据估计，全球超过1.4亿人生活在海拔2500米居住地以上；而我国生活在青藏等高海拔地区居民人数众多，加之因工作、旅游，长期、短期旅居高海拔地区的人群也越来越多，许多人饱受HAPH的折磨。然而迄今，HAPH的病理机制扑朔迷离，如何精准解析其病理机制是制约针对性治疗策略研发的“瓶颈”问题。

2023年3月31日，大理大学第一附属医院吴新华、河南大学何阳阳以及北京协和医院荆志成教授等多个团队共同攻关，在Nature Communications发表了题为“Single-cell analysis of peripheral blood from high-altitude pulmonary hypertension patients identifies a distinct monocyte phenotype”的研究论文，首次在高海拔地区世居的人群中应用单细胞转录组学表征了HAPH患者的循环免疫反应，揭示了循环系统中单核细胞独特的分型特征及与HAPH病理生理学之间的内在联系，为从免疫炎症角度解析HAPH病理机制提供了新的视角。

研究者们入选了生活在海拔≥2900m的11名HAPH患者和15名生活在相同海拔条件的健康对照，以及6名生活在平原地区的肺高血压患者。分别在HAPH患者、健康对照和平原地区肺高血压患者身上分离PBMC并进行单细胞转录组学分析，通过FACS分析进行验证，进一步构建动物模型开展了数据验证及功能验证。

首先，为了探索HAPH患者和健康对照者PBMC中差异免疫细胞组成，作者们对样本里主要的免疫细胞进行了分群分析和注释，在所有样本中鉴定出9种主要细胞类型(包括CD4⁺ T细胞、CD8⁺ T细胞、调节性T细胞、B细胞、记忆B细胞、初始B细胞、单核细胞、NK细胞和造血干细胞)。结果发现，只有单核细胞在HAPH患者中富集，NK细胞则在对照样本中更为常见，这一结果通过流式细胞术和细胞门控经典标记得到了验证。这些结果表明，HAPH患者可能出现失调的炎症反应。

由于单核细胞在HAPH患者中的高丰度，作者们将分析重心聚焦于单核细胞上，对所有单核细胞进行分群分析和注释，确定3个主要单核细胞亚群C0(经典单核细胞)、C1(非经典单核细胞)和C2(中间单核细胞)。接下来作者们通过分析病例组和对照组之间三个单核细胞亚群的丰度，确定HAPH患者的C1和C2丰度显著升高。这些数据表明，C1和C2单核细胞可能在HAPH的病理生理中发挥作用。

为了更好的理解不同单核细胞亚群的功能特征，作者们探索了病例组和对照组之间单核细胞亚群DEGs和富集通路，发现与对照组相比，phagocytosis、myeloid cell differentiation、coagulation、platelet adhesion to exposed collagen和 regulation of TNF production等信号通路在HAPH病例组中受到抑制，且在C1和C2单核细胞中更明显；“response to virus”和“IL2 biosynthesis”信号通路在HAPH 样本C1和C2簇中显著上调。这些结果表明，HAPH患者可能遭受着单核细胞功能的严重损害，进而触发特异性免疫反应。

作者们对每个生物途径中涉及基因的贡献度进行了排序，采用动物实验分析了缺氧肺高血压小鼠肺组织中15个基因的mRNA表达水平，发现5个基因(Prf1、Spon2、Tbx21、Cd28和Cd3e)的表达水平与对照小鼠相比显著增加，这与HAPH患者单细胞转录组学分析结果一致；蛋白质水平上进一步筛选发现Cd28、Tbx21和Spon2在缺氧肺高血压小鼠的肺组织中显著升高。化学诱导缺氧模型显示，RAW264.7单核细胞/巨噬细胞和THP-1单核细胞在响应CoCl₂的反应过程中Cd28、Tbx21和Spon2显著增加。Jurkat Clone E6-1细胞中敲低Cd28的表达显著抑制共培养条件下PASMC细胞相对活力的增加。

作者们特别地系统分析了HIF与HAPH的相关性，发现在HAPH患者和同处高海拔地区的对照个体之间，HIF-1α在PBMC、NK细胞、B细胞或T细胞中没有显著差异；但在HAPH中C0和C1单核细胞中显示HIF-1α明显降低。同时，与对照组相比，HAPH患者中VEGFA(HIF-1α的一种重要下游蛋白)的表达亦显著降低，这提示 HAPH疾病进展可能与循环系统单核细胞HIF-1α介导的信号传导受损有关。

最后，为了比较HAPH和肺高血压患者PBMC免疫细胞组成，作者对6名平原地区肺高血压患者的PBMC进行了单细胞转录组测序，根据典型标记鉴定出11种细胞类型；通过比较每个群体的细胞类型组成与细胞占比，发现HAPH和平原肺高血压具有类似的免疫适应性。

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综上，这项研究首次应用单细胞转录组学表征了HAPH患者的循环免疫反应。在HAPH患者中，C1和C2单核细胞亚群更为常见，并且伴随着单核细胞表型的显著变化(如HIF-1α下调，以及phagocytosis、coagulation、wound healing等途径中基因表达的受损)。这项研究揭示了HAPH循环系统中单核细胞对缺氧反应的变化，为解析HAPH病理机制提供了新的思路与借鉴。

大理大学第一附属医院吴新华院长、河南大学药学院何阳阳博士、原大理大学第一附属医院陈章荣博士为本研究第一作者。北京协和医院心内科主任荆志成教授、大理大学第一附属医院刘宏博士为该文章通讯作者，该工作得到了生物芯片北京国家工程研究中心暨博奥生物集团旗下北京博奥晶典生物技术有限公司的大力支持，受国家重点研发计划、国家自然科学基金专项(重点)项目、中央高水平医院临床研究基金、中国医学科学院医学与健康科技创新工程项目、河南省自然科学基金优秀青年科学基金、上海市“浦江人才”计划、云南省高层次科技人才和创新团队计划等资助。