一、文章信息

• 發(fā)表雜志名稱：Basic Research in Cardiology

• 中文標題：2型糖尿病冠狀動脈微血管和心肌的單細胞及空間轉(zhuǎn)錄組分析

• 英文標題：Single cell and spatial transcriptomic profiling of the type 2 diabetic coronary microcirculation and myocardium

• 影響因子：8.0

• 發(fā)表日期：2025年11月7日

二、研究概述

冠狀動脈微血管疾?。–MD）是2型糖尿?。═2D）的早期并發(fā)癥，其核心病理特征包括內(nèi)皮細胞與平滑肌細胞功能異常、血管重構(gòu)及力學改變，最終導致冠狀動脈血流受損。本研究創(chuàng)新性結(jié)合單細胞RNA測序（scRNA-seq）與空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)，以T2D db/db小鼠為模型，系統(tǒng)分析冠狀動脈微血管、血管周圍區(qū)域及心肌組織的轉(zhuǎn)錄組差異。研究發(fā)現(xiàn)，T2D小鼠相關(guān)細胞群及冠狀動脈微血管富集區(qū)域中，脂肪生成、脂肪酸代謝和氧化磷酸化相關(guān)基因顯著上調(diào)，且鑒定出調(diào)控這些通路的關(guān)鍵基因（如Angplt4、Ephx2、Hmgcs2等）。這些結(jié)果證實，T2D心力衰竭中存在的心臟代謝靈活性受損（線粒體功能下降、脂肪酸氧化依賴增加、葡萄糖利用障礙）會加劇氧化應激和脂毒性，為CMD的靶向治療提供了新的分子通路和潛在靶點。

三、研究目標

本研究的核心目標是通過整合單細胞與空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)，解析T2D狀態(tài)下冠狀動脈微血管、血管周圍區(qū)域及心肌組織的轉(zhuǎn)錄組特征，明確參與CMD發(fā)生發(fā)展的關(guān)鍵分子通路和基因，最終為CMD的機制研究和治療靶點篩選提供科學依據(jù)。

實際要解決的問題包括：

1. T2D相關(guān)CMD的細胞特異性轉(zhuǎn)錄組改變尚未明確

2. 冠狀動脈微血管與心肌組織的分子互作機制在T2D中如何變化

3. 缺乏針對CMD的精準分子靶點，需通過多組學技術(shù)挖掘潛在治療方向

四、研究方法及目的

4.1 樣本與模型構(gòu)建

4.2 轉(zhuǎn)錄組檢測技術(shù)

4.3 生信分析方法

4.4 驗證實驗

五、實驗設(shè)計與結(jié)果邏輯

5.1 單細胞轉(zhuǎn)錄組圖譜構(gòu)建（figure1）

• 設(shè)計邏輯：首先通過scRNA-seq解析T2D小鼠與正常小鼠心臟組織的細胞組成，明確各細胞亞群的轉(zhuǎn)錄組差異，為后續(xù)空間定位和功能分析奠定基礎(chǔ)

• 實驗流程：分離FFPE樣本中的單細胞→建庫測序→數(shù)據(jù)過濾與聚類→細胞類型注釋→差異基因篩選與通路富集

• 核心結(jié)果：

1. 共鑒定出11種細胞群，包括內(nèi)皮細胞、成纖維細胞、平滑肌細胞、巨噬細胞、心肌細胞（3個亞群）等

2. 內(nèi)皮細胞和Slc25a4+心肌細胞占總細胞數(shù)的50%以上

3. 所有細胞群中，干擾素α/γ信號相關(guān)基因（如Stat1/2、Jak2）顯著下調(diào)

4. 脂肪生成、脂肪酸代謝、氧化磷酸化相關(guān)基因在多個細胞群（內(nèi)皮細胞、心肌細胞、成纖維細胞等）中上調(diào)

   
   

5.2 空間轉(zhuǎn)錄組定位分析（figure2-4）

• 設(shè)計邏輯：基于單細胞圖譜，通過空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)將細胞類型和差異基因定位到組織層面，明確冠狀動脈微血管（CRM）、血管周圍（PV）和心?。∕YO）三個亞區(qū)域的分子特征

• 實驗流程：組織切片制備→免疫熒光染色定位目標區(qū)域→空間轉(zhuǎn)錄組測序→細胞類型解卷積→區(qū)域特異性差異分析

• 核心結(jié)果（按區(qū)域劃分）：

1. CRM區(qū)域（figure2）：糖尿病組Myh7（肥厚心肌細胞標志物）表達升高，免疫相關(guān)基因（B2m、Cd74）表達降低；脂肪酸代謝、氧化磷酸化、脂肪生成通路顯著上調(diào)

   
   

1. MYO區(qū)域（figure3）：與CRM區(qū)域一致，干擾素應答通路下調(diào)，脂肪酸代謝和脂肪生成通路上調(diào)，同時TNFα信號、IL2-STAT5信號通路下調(diào)

1. PV區(qū)域（figure4）：除代謝通路改變外，炎癥反應相關(guān)通路下調(diào)，上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化、TGFβ信號通路相關(guān)配體-受體相互作用增強

5.3 蛋白質(zhì)組學驗證（figure2E）

• 設(shè)計邏輯：轉(zhuǎn)錄組結(jié)果需通過蛋白質(zhì)水平驗證，確保差異表達的可靠性

• 實驗流程：分離冠狀動脈微血管→蛋白提取與定量→LC-MS/MS檢測→差異蛋白篩選

• 核心結(jié)果：

1. 轉(zhuǎn)錄組中TOP25差異基因中，12個蛋白的表達趨勢與轉(zhuǎn)錄組一致且具有統(tǒng)計學意義

2. 僅1個基因的蛋白表達趨勢與轉(zhuǎn)錄組相反，證實轉(zhuǎn)錄組結(jié)果的可靠性

5.4 細胞間互作分析（figure5）

• 設(shè)計邏輯：基于單細胞和空間轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，分析CRM區(qū)域細胞間的配體-受體相互作用，揭示T2D狀態(tài)下細胞通信的改變

• 實驗流程：計算細胞類型共定位相關(guān)性→篩選高置信度配體-受體對→功能富集分析互作通路

• 核心結(jié)果：

1. 成纖維細胞與平滑肌細胞、內(nèi)皮細胞等高度共定位，且是主要的配體發(fā)送者和接收者

2. 糖尿病組中，成纖維細胞向平滑肌細胞的配體-受體互作顯著上調(diào)，涉及脂肪生成、TGFβ信號、凋亡等通路

3. 內(nèi)皮細胞與平滑肌細胞間的信號通信未顯著富集，提示成纖維細胞在CMD中的關(guān)鍵調(diào)控作用

六、研究總結(jié)

本研究首次整合單細胞RNA測序與空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)，系統(tǒng)解析了T2D小鼠冠狀動脈微血管及心肌組織的分子特征與空間分布規(guī)律。研究明確了心臟組織中11種細胞群的轉(zhuǎn)錄組改變，證實脂肪生成、脂肪酸代謝和氧化磷酸化通路的異常激活是CMD的核心分子機制，并鑒定出Angplt4、Ephx2、Hmgcs2、Pdk4等關(guān)鍵調(diào)控基因。通過細胞互作分析發(fā)現(xiàn)，成纖維細胞與平滑肌細胞的異常通信可能參與CMD進展，蛋白質(zhì)組學實驗進一步驗證了轉(zhuǎn)錄組結(jié)果的可靠性。這些發(fā)現(xiàn)不僅揭示了T2D相關(guān)CMD的細胞特異性代謝紊亂機制，還為開發(fā)靶向代謝通路或細胞間通信的CMD治療策略提供了重要的分子靶點和理論依據(jù)。未來研究需進一步驗證關(guān)鍵基因的功能，并探索性別差異及臨床轉(zhuǎn)化價值。