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文章标题：Spatial multiomics atlas reveals smooth muscle phenotypic transformation and metabolic reprogramming in diabetic macroangiopathy
中文标题：空间多组学图谱揭示了糖尿病大血管病的平滑肌表型转化和代谢重编程
发表期刊：Cardiovasc Diabetol
发表时间：2024年10月
影响因子：8.5/Q1
研究背景
糖尿病大血管病变是糖尿病患者死亡和致残的主要原因，本研究旨在探索除异常糖脂代谢外，平滑肌细胞转化和代谢重编程的机制。
研究方法
本研究对11位截肢糖尿病患者的胫前动脉进行单细胞转录组、空间转录组和空间代谢组测序，通过多组学整合、细胞通讯分析、时间序列分析、网络分析、富集分析和基因表达分析等方法，揭示糖尿病血管病变的分子特征。
研究结果
1.糖尿病大血管病的单细胞转录景观
使用singleR和经典标记注释聚类，T细胞（CD3E/D/G）、SMCs（ACTA2/MYH11）、B细胞（CD19/79A/B）、内皮（PECAM1/VWF/CDH5）、巨噬/单核（LYZ/CD68/163/14）、成纤维（FGF7/MME/DCN）、肥大细胞（KIT/CPA3/MS4A2）。各细胞型基因表达量最高，SMCs富集肌肉收缩等，巨噬细胞富集神经胶质活化等，内皮富集趋化因子信号。
2.糖尿病大血管病的空间转录景观
使用SCTransform处理空间转录组数据，聚类得到14个空间簇。各簇功能富集分析显示，肌肉收缩、细胞-基质粘附、甾醇生物合成等特异性富集。组织注释分为斑块、中层等，功能富集显示胶原纤维组织、细胞-基质粘附等特异性富集。筛选出50个与斑块和钙化相关的关键基因，包括PLD3、TMSB10等，单细胞数据验证其表达。
3.糖尿病大血管病中细胞通讯和邻近钙化区域的特征
血管组织分为斑块、中层、钙化和外膜，分析细胞通讯。钙化区表达COL1A2等，与培养基和噬菌斑通讯。核富集区域与正常培养基不同，定义为钙化相邻和非相邻区域。钙化邻近区域激活趋化因子，与炎症感知一致，可能导致苯丙氨酸产生。RCTD显示钙化区SMCs减少，T细胞增加，邻近区巨噬细胞增加。
4.钙化平滑肌细胞的定义和驱动平滑肌细胞表型转化的转录因子调控网络的构建
血管钙化与糖尿病严重事件相关，GWAS基因评分显示SMC和成纤维细胞在钙化中起主要作用，SMCs向成骨细胞转化是关键过程。
5.平滑肌细胞表型转化趋势和根的定义
利用TFvelo和Monocle3分析，发现SMCs在糖尿病血管中可转化为多种细胞类型，包括促炎、巨噬细胞样和成纤维细胞样SMCs。转录因子如ETS1、HIF1A、IRF1、MYC、NFKB1和XBP1参与调控SMCs分化。DoRothEA数据库用于评估转录因子活性，揭示SMC表型变化的关键调控因子。
6.糖尿病中的代谢激活网络和代谢重编程
空间转录组分析揭示血管组织特异代谢途径，如外膜的α-亚麻酸代谢，钙化的叶酸合成，斑块的胆汁酸合成。整合基因表达和代谢物数据，构建糖尿病血管代谢激活网络。
文章小结
本研究首次构建糖尿病全前胫动脉空间基因-代谢图谱，揭示血管钙化特征、平滑肌细胞(SMCs)表型转变趋势及转录调控网络。通过单细胞与空间多组学技术，发现SMCs可转化为多种细胞类型，HNMT和CYP27A1参与糖尿病血管代谢重编程，为糖尿病大血管病变的细胞命运和代谢调控提供新见解。对这种思路感兴趣的老师，欢迎联系小编！
