动脉粥样硬化中血管平滑肌细胞转变与疾病风险密切相关

   在冠状动脉疾病（coronary artery disease, CAD）中，最严重的后果包括动脉粥样硬化破裂产生血栓并导致心肌梗塞。与“稳定的”冠状动脉病变相比，那些易损伤的斑块特征包括：大量坏死的脂质核心和一层薄的“纤维帽”。在动脉粥样硬化中，来自血管壁的平滑肌细胞（smooth muscle cells， SMCs）在某些应激条件下发生去分化、增殖、迁移等“转化”并对“纤维帽”和坏死核心都有促进作用。而这种“转化”过程中，SMCs转变为两种不同的表型：一是促炎、功能异常的巨噬细胞样细胞，特征为巨噬细胞相关标志Lgals3的表达上调。二是能产生细胞外基质的“合成型”平滑肌细胞，能促进“纤维帽”和反正血栓和心肌梗塞。虽然关于平滑肌细胞“转化”的机制仍不清楚，但越来越多的动物模型实验证实了它在动脉粥样硬化斑块形成过程中的重要作用。有研究表明约斑块中30%为SMCs，但这些细胞的表型和功能还远未研究清楚。

   TCF21是CAD相关基因中的一个转录因子。TCF21是心肌成纤维细胞发育所必需的，但发育为冠状动脉SMCs后，其表达是下调的。在动脉粥样硬化损伤处，TCF21在许多细胞中均大量表达。但其中仍有一些基本的问题没有解答：在病变过程中，那些细胞类型表达HCF21；TCF21对这些细胞有何影响；TCF21如何影响这一疾病？在最近的Nature Medicine杂志上（doi: 10.1038/s41591-019-0512-5.），作者以单细胞测序技术为基础对这些问题进行了深入研究。

                                                 图1 小鼠实验设计模式图
  首先来介绍一下作者设计的动物实验模型。tamoxifen诱导的基于SMCs特异性的Myh11启动子调节Cre重组酶的特异性表达，同时该小鼠转入了Cre调节表达tandem dimer Tomato（tdT，红色荧光蛋白报告基因）系统进行追踪，其遗传背景为apoe^-/-小鼠。在高脂饲料喂养前，tamoxifen处理后，所有SMCs均被荧光标记。在高脂喂养8周和16周后，作者通过流式分选主动脉根部斑块tdT阳性和阴性的细胞分别进行10x Chromium单细胞测序。分析结果如图2所示。在高脂喂养后，modulated SMC细胞数逐渐增多；而且SMC分为两个类群：SMC1和SMC2。成纤维细胞中，TCF21表达量最高，而且在疾病进程中表达量逐渐下降。

                                        图2 小鼠主动脉根部粥样硬化斑转录组特征及TCF21的表达特征

   为了研究TCF21在SMC“转化”过程中的作用，作者在上述小鼠模中进一步特异性敲除SMC中TCF21基因后，再次进行了单细胞测序分析。分析结果发现TCF21敲除后SMC“转化”（fibromyocyte）细胞数量显著下降。结果如图3所示。

                                              图3 TCF21敲除后显著抑制SMC modulation
 
   最后，作者在临床样品中也得到相同结论，并发现TCF21表达下降与冠状动脉疾病风险上升相关联。

                                          图4 TCF21表达的减少与冠状动脉疾病风险的增加有关