早衰症动脉壁的单细胞分析揭示了早老素诱导的进行性、细胞类型特异性功能障碍和体细胞突变积累

背景：早衰症哈钦森-吉尔福德早衰综合征（HGPS）由LMNA基因的新生突变导致，产生异常核纤层蛋白A异构体早老素。HGPS患者死于心血管疾病，其动脉显示出广泛的细胞和结构重塑，但驱动血管功能障碍的机制尚不完全清楚。方法：为了明确HGPS中进展性血管变性的分子过程，我们对未受动脉粥样硬化刺激的LmnaG609G/G609G小鼠主动脉弓细胞进行了单细胞RNA测序（scRNA-seq）。这些小鼠携带最常见HGPS致病突变的小鼠等效突变，并忠实地再现了血管表型。在多个年龄点进行测序以捕获疾病相关和时间依赖性转录变化。我们使用Smart-seq2进行测序，因其高灵敏度和全长转录本覆盖。使用组织学、免疫染色和原位杂交进行动脉表征。结果：LmnaG609G/G609G小鼠的主动脉弓表现出年龄依赖性血管平滑肌细胞（VSMC）逐渐丧失，伴随短暂的增殖激增，最终细胞凋亡增加。scRNA-seq识别出在疾病进展过程中具有独特特征的转录组学不同的细胞群。早期疾病富集的VSMCs以内质网（ER）应激升高为特征。随着疾病发展，这些VSMCs进一步向成纤维细胞样状态发生表型转换，这被预测通过非细胞自主机制扩展。在后期阶段，疾病富集的VSMCs上调凋亡基因表达，部分与持续的ER应激重合。此外，早衰症VSMCs显示DNA损伤和体细胞单核苷酸变异（SNVs）均增加，SNVs数量的增加与ER应激、ROS和p53相关基因的高表达相关。相比之下，早衰症富集的成纤维细胞要么被激活，要么增加其软骨产生，并且与VSMCs相比显示出体细胞SNVs积累延迟，突出了细胞类型特异性早老素反应和体细胞突变易感性的差异。结论：我们的研究表明，早老素导致体细胞突变积累，特别是在VSMCs中，强调了在HGPS中需要早期、细胞类型特异性的治疗干预以防止永久性血管组织损伤。此外，HGPS疾病进展过程中主动脉弓VSMCs和成纤维细胞的细胞类型特异性分子动力学已在一个用户友好的可搜索scRNA-seq数据库中提供，可用于针对血管老化的临床前研究。