Nat. Commun. | 人类动脉粥样硬化斑块的单细胞全景图谱

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动脉粥样硬化是心血管疾病的主要原因，其特征是动脉内脂质沉积和慢性炎症，最终形成斑块并可能破裂。尽管单细胞转录组学（scRNA-seq）已取得显著进展，但驱动斑块进展的免疫机制及结构细胞转化过程仍未得到全面解析。现有数据集通常缺乏全面覆盖和一致性注释，限制了下游分析的应用。研究人员在本研究中构建了一个整合的 人类动脉粥样硬化斑块单细胞图谱，涵盖约 25 万个高质量、经过专家共识和表面蛋白检测验证的细胞注释。通过该图谱，研究人员提出了斑块中性粒细胞的新型标记物，发现了富集于晚期病变的促血管生成内皮细胞群，以及特化的巨噬细胞亚群，并确认纤维肌母细胞是血管组织特有的。该图谱能够支持新数据集的自动细胞类型注释，优化实验设计，并促进 bulk RNA-seq 数据的去卷积。研究人员还提供了交互式 Web 界面，使这些资源便于广泛使用。

动脉粥样硬化是急性缺血性心血管事件（如心肌梗死和中风）的主要病理基础，其过程伴随着血管平滑肌细胞、内皮细胞及成纤维细胞的转化与分化。近年来，单细胞转录组学的应用揭示了免疫细胞和非免疫细胞在斑块进展中的多样角色，例如部分平滑肌细胞可转化为类成纤维细胞（纤维肌母细胞），在冠状动脉疾病中具有保护作用。尽管已有多个关于斑块的单细胞数据集，但它们往往聚焦于特定细胞群体，缺乏全面覆盖，且注释标准不一致。研究人员因此建立了一个涵盖颈动脉、冠状动脉和股动脉的综合单细胞图谱，旨在更高分辨率下描绘斑块细胞异质性，并推动未来研究与临床转化。

结果

公共数据集整合与图谱构建

研究人员收集并整合了来自颈动脉、冠状动脉和股动脉的公开单细胞数据，共 259,493 个细胞。通过方法学基准评估，scPoli 在批次校正与生物学保留上表现最佳，因此被用于最终整合。图谱注释经过专家标记基因共识与 CITE-seq 表面蛋白数据的双重验证，准确率超过 90%。其中，研究人员首次在斑块中明确识别到难以检测的中性粒细胞，并提出了相关标记基因。

自动细胞类型注释与验证

研究人员利用图谱对独立的颈动脉斑块数据进行自动注释，结果显示与专家注释高度一致，精确度达 94%。同时，CITE-seq 表面蛋白水平验证进一步证明了注释的可靠性。研究人员提供了便捷的 Web 平台和 Docker 工具，使科研人员无需复杂编程即可快速完成数据注释。

基于图谱的实验设计优化

研究人员结合 scPower 框架，利用图谱中的先验信息推算不同细胞类型差异表达检测所需的样本量、细胞数及测序深度。结果显示，常见细胞群差异检测的统计效能较高，而稀有细胞类型则需要更大样本量或预先富集。这一工具帮助科研人员更合理地配置资源。

单细胞与 bulk RNA-seq 的细胞丰度分析

通过图谱，研究人员比较了早期与晚期颈动脉斑块的细胞组成。结果发现：

• 早期病变中平滑肌细胞与纤维肌母细胞更丰富，提示其保护作用。
• 晚期病变中成纤维细胞与巨噬细胞显著增加，表明免疫浸润与结构重塑推动疾病进展。
• 进一步的亚群分析揭示了富集于晚期病变的促血管生成内皮细胞，以及在氧化应激和铁代谢中活跃的 HMOX1⁺ 巨噬细胞。

跨组织映射

研究人员利用该图谱对其他器官的单细胞数据进行映射，发现纤维肌母细胞主要存在于血管组织，证实其血管特异性。同时，泡沫状巨噬细胞在肺组织中也有分布，符合已知文献。整体结果显示，该图谱不仅适用于斑块研究，也能区分不同组织环境下的细胞类型。

讨论

本研究建立了迄今最全面的人类动脉粥样硬化斑块单细胞图谱，并通过专家共识、表面蛋白检测和下游功能验证证明其可靠性。该图谱克服了以往整合工作的局限性，为研究人员提供了统一的参考框架。研究结果不仅揭示了中性粒细胞、纤维肌母细胞和促血管生成内皮细胞在斑块形成中的关键作用，也展示了 HMOX1⁺ 巨噬细胞在晚期斑块中应对氧化应激与脂质代谢的适应性。

研究人员强调，该图谱可应用于自动注释、实验设计、bulk RNA-seq 去卷积及跨组织对比等多种任务，并可作为未来空间转录组学、GWAS 解析及大模型训练的重要数据资源。尽管仍存在部分局限（如股动脉样本不足、健康动脉对照缺乏），但该图谱无疑为动脉粥样硬化研究提供了坚实基础，并将在未来不断扩展和更新。

整理 | DrugOne团队

参考资料

Traeuble, K., Munz, M., Pauli, J. et al. Integrated single-cell atlas of human atherosclerotic plaques. Nat Commun 16, 8255 (2025).

https://doi.org/10.1038/s41467-025-63202-x

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