原文：Single-Cell RNA Sequencing Unveils Unique Transcriptomic Signatures of Organ-Specific Endothelial Cells

期刊：Circulation  IF=39.918

导读

不同血管和组织中的内皮细胞（EC）显示出相当大的功能异质性，虽然这些功能差异可能印在转录组中，但维持EC异质性的途径和网络尚未完全被描绘。为了研究EC特异性的转录组学基础，本文分析了组织特异性小鼠EC的单细胞RNA测序（scRNA-seq）数据，揭示了维持组织特异性 EC 身份的转录网络，并鉴定了组织特异性 EC 之间的新型血管分泌和功能关系。

主要研究

1. 在12个小鼠器官的单细胞转录组数据中鉴定内皮细胞

研究人员对来自4只雄性和3只雌性成年C57BL / 6小鼠的20个主要器官中的100，000多个细胞进行了单细胞测序，并通过识别给定组织内由内皮标记物定义的簇进行了细胞类型注释。分析人员通过注释结果在12个器官（脂肪组织，主动脉，大脑，横膈膜，心脏，肾脏，肝脏，肺，乳腺，胰腺，骨骼肌和气管）中提取了单个EC转录组数据，并具有足够数量的EC用于下游分析。这些细胞都有很高的内皮基因表达，包括Pecam1，Cdh5，Tie1和Egfl7，其中神经元，肾脏和肺组织中基因的表达量最低。

2、组织特异性内皮细胞的异质性和分子特征

研究人员观察了4组转录结构不同的EC，EC主要根据起源组织进行分离，来自某些器官（例如，脑、肾、肺和肝）的 EC 似乎具有独特的转录组学特性，而来自其他器官（例如脂肪、心脏和主动脉）的 EC 在基因表达方面显示出更多的重叠。这些发现表明，不同的器官可能具有与EC不同程度的功能特化。

为了定义组织特异性EC的标志物，研究人员确定了来自12个器官中每个器官的EC中富集的转录本。为了可视化差异基因的组织特异性，本文生成了显示所有12个器官中组织特异性DEG表达的热图，显示所有12个器官中组织特异性DEG的表达。大脑和肝脏的EC表达独特的基因集，这些基因在EC中几乎未被其他器官检测到。相反，表征心脏、膈肌、脂肪组织、骨骼肌和乳腺EC的DEG特异性较低。这些发现验证了scRNA-seq在鉴定组织特异性EC的转录组学特征方面的效用。

3.器官特异性血管分泌因子与配体-受体相互作用

从EC单细胞转录组中，研究人员确定了ECs和12个器官中每个器官中所有测序的实质细胞类型之间的潜在配体—受体对。该分析揭示了每个器官中EC和实质细胞之间存在独特的血管分泌配体 - 受体配对。例如，已知在脑EC中表达的Efna1与神经元和少突胶质细胞前体细胞中的Epha5和Pehb5基因编码受体结合，而来自EC的Edn3表达预计与脑周细胞中的Ednra相互作用。

4.EC亚群细分分析

研究人员对EC亚群进行了细分，共得到13个亚簇。同时，他们通过通路富集分析和簇特异性 DEG 推断出各个亚簇的生物特性。例如，第4簇是肺EC的亚群，其过度表达参与抗原处理和呈递、同种异体移植物排斥反应和移植物抗宿主病，导致我们假设这个亚群可能代表抗原呈递的EC。亚簇5 由来自许多不同器官的EC组成，显示参与弓形虫病、胞质 DNA 传感和 MAPK 信号传导的转录本富集。簇10中的细胞表达基质或平滑肌细胞谱系中的基因，并且可以代表经历内皮到间充质转变的EC。最后，本文发现转录组中高度独特的簇9中的EC具有高淋巴标志物表达，例如Prox1，Pdpn，Lyve1和Flt4。总之，将scRNA-seq与无监督聚类相结合，能够确定驻留在单个器官或多个器官中的EC亚型。

参考文献：

Paik DT, Tian L, Williams IM, Rhee S, Zhang H, Liu C, Mishra R, Wu SM, Red-Horse K, Wu JC. Single-Cell RNA Sequencing Unveils Unique Transcriptomic Signatures of Organ-Specific Endothelial Cells. Circulation. 2020 Nov 10;142(19):1848-1862. doi: 10.1161/CIRCULATIONAHA.119.041433. Epub 2020 Sep 15. PMID: 32929989; PMCID: PMC7658053.