空间多组学图谱揭示糖尿病大血管病变中平滑肌细胞表型转化与代谢重编程

背景：糖尿病大血管病变已成为糖尿病患者死亡和致残的主要原因。除糖脂代谢异常外，平滑肌细胞表型转化与代谢重编程的机制仍有待深入探索。方法：对11例截肢糖尿病患者的胫前动脉进行单细胞转录组、空间转录组与空间代谢组测序。通过多组学整合、细胞通讯分析、时间序列分析、网络分析、富集分析及基因表达分析，系统阐明潜在的分子特征。结果：基于多组学整合构建了糖尿病血管的空间多组学图谱，呈现了转录组的单细胞与空间景观及代谢组的空间分布特征。同时，结合空间组学与单细胞组学数据，解析了钙化区域的细胞组成与生物学功能特性。在此基础上，本研究为平滑肌细胞的命运转变提供了有力证据：糖尿病患者的胫前动脉中，平滑肌细胞可转化为促炎趋化型平滑肌细胞、巨噬细胞样/泡沫样平滑肌细胞以及成纤维/成软骨样平滑肌细胞。该表型转化过程受KDM5B、DDIT3等转录因子网络驱动。此外，为聚焦于糖脂代谢异常之外的代谢重编程机制，本研究构建了糖尿病血管激活的代谢网络，并结合公共数据发现HNMT与CYP27A1通过参与组氨酸代谢和胆汁酸合成途径介导糖尿病血管代谢重编程。结论：本研究首次构建了完整胫前动脉的空间基因-代谢图谱，揭示了糖尿病大血管病变中血管钙化特征、平滑肌细胞表型转化趋势及其转录驱动网络。通过转录组与代谢组的整合视角，阐明了糖尿病血管中激活的代谢通路及参与代谢重编程的关键基因。