单细胞多模式分析揭示糖尿病小鼠即使在血糖控制后主动脉平滑肌细胞仍发生持续性变化

背景：2型糖尿病（T2D）与高血压和动脉粥样硬化等加速性血管并发症相关。血管平滑肌细胞（SMC）的“表型转换”是这些并发症的主要驱动因素，在糖尿病中增强。尽管血糖控制充分，但由于既往高血糖的“代谢记忆”，SMC功能障碍可持续存在。然而，其机制尚不清楚。在此，我们利用单细胞（sc）多组学技术，研究了血糖正常化对T2D小鼠SMC表型转化相关的转录组和表观基因组变化的影响。方法：T2D db/db小鼠接受抗糖尿病药物达格列净（DAPA）或溶剂处理，非糖尿病对照db/+小鼠接受溶剂处理，共6周。解剖的主动脉进行scRNA-seq、scATAC-seq和空间转录组学（Xenium）以确定单细胞水平基因表达和染色质可及性的变化。结果：DAPA在db/db小鼠中实现了有效的血糖控制，血糖和糖化血红蛋白显著降低。主动脉的scRNA和scATAC-seq分析鉴定了SMC、成纤维细胞、内皮细胞和免疫细胞。SMC进一步聚类为九个亚型，包括收缩型和纤维肌细胞样细胞。有趣的是，SMC收缩表型相关通路在糖尿病中减少，并且在DAPA处理后仍保持减少。SMC和成纤维细胞中纤维化和炎症相关通路以及内皮细胞功能障碍标志物在糖尿病中增加，部分被DAPA逆转。SMC的拟时间轨迹分析揭示了在收缩型向纤维肌细胞转变过程中纤维肌细胞富集转录因子活性增加。差异可及区域（DARs）的配对分析揭示了糖尿病相关DARs，转录因子基序的富集以及相关疾病相关生物过程。然而，在db/db和db/dbDAPA组之间未鉴定到DARs。空间转录组学在完整主动脉内定位了主动脉细胞类型，并验证了sc-seq数据。结论：T2D诱导与深刻SMC表型转换相关的基因表达和染色质可及性变化。这些变化不能被广泛使用的抗糖尿病药物DAPA有效逆转，强调需要更有效的针对高血糖记忆的疗法。