COVID-19康复者内皮祖细胞转录组图谱揭示持续性血管功能障碍的分子机制

《iScience》：Transcriptomic profiling of endothelial progenitor cells in post-COVID-19 patients: Insights at 3 and 6-month post-infection

本研究通过RNA-seq技术分析COVID-19康复者3个月和6个月后的内皮祖细胞（ECFCs），首次揭示SARS-CoV-2感染导致内皮稳态关键基因（如NOS3、KLF2、TGFB1）长期下调，并激活炎症与氧化应激通路（如IL-17、PI3K-Akt）。研究证实内皮损伤可持续至感染后6个月，且肺栓塞（PE）患者血栓相关基因（PTGS2、ACKR3）显著抑制，为长新冠血管并发症的机制研究与靶向治疗提供新依据。

　　

自2019年以来，SARS-CoV-2（严重急性呼吸综合征冠状病毒2型）引发的COVID-19（冠状病毒病2019）不仅导致全球范围内的急性健康危机，更留下一个棘手的长期挑战——长新冠（Long COVID）。许多康复者在感染数月后仍被疲劳、呼吸困难、认知障碍等症状困扰，这些表现与肌痛性脑脊髓炎/慢性疲劳综合征（ME/CFS）高度相似。越来越多的证据表明，血管内皮功能障碍可能是长新冠病理机制的核心环节。内皮细胞作为血管的“守护者”，负责维持血管张力、屏障功能和抗凝血平衡，而SARS-CoV-2可直接或通过“细胞因子风暴”间接攻击内皮，引发促炎、促凝状态，甚至导致肺栓塞（PE）等严重并发症。然而，感染后内皮损伤的长期动态变化及其分子基础尚不明确。

为解开这一谜题，西班牙赫罗纳生物医学研究所的Paula Poyatos团队在《iScience》上发表了突破性研究。他们首次对COVID-19康复者3个月和6个月后的内皮祖细胞（ECFCs）进行纵向转录组分析，试图从分子层面揭示持续性血管损伤的真相。ECFCs是一类具有强增殖和血管生成潜能的循环细胞，其功能状态是评估血管健康的关键生物标志物。研究团队假设，SARS-CoV-2感染可能通过改变ECFCs的基因表达模式，导致内皮修复能力长期受损，进而推动长新冠的血管病变。

关键技术方法概述

研究纳入3个月和6个月康复的COVID-19患者（部分伴肺栓塞病史）及健康对照者，通过密度梯度离心法分离外周血单核细胞（PBMCs），并体外培养扩增ECFCs。采用RNA-seq技术对细胞进行全转录组测序，使用limma包进行差异表达基因（DEGs）分析（阈值：|Log₂FC|≥1，FDR≤0.05），并通过KEGG、Reactome数据库进行通路富集分析。利用STRING和Cytoscape构建蛋白质互作网络（PPI），筛选核心基因簇。关键结果通过qPCR验证。

研究结果

1. 内皮祖细胞转录组特征显著区分康复者与健康人群

主成分分析（PCA）显示，COVID-19康复者的ECFCs转录谱与健康对照组明显分离，且3个月与6个月样本间无显著差异，提示内皮损伤状态持续存在。

2. 差异表达基因富集于内皮稳态与炎症通路

与健康对照相比，康复者ECFCs中检测到991个（3个月）和3516个（6个月）DEGs。下调基因涉及血管稳态核心因子，如NOS3（一氧化氮合酶3）、KLF2（Krüppel样因子2）、TGFB1（转化生长因子β1）；上调基因则富集于炎症（CXCL5、IL12A）、氧化应激（SOD2）和细胞凋亡（CASP1）相关通路。其中，PI3K-Akt、VEGF和IL-17信号通路持续紊乱，表明内皮修复障碍与炎症反应并存。

3. 肺栓塞患者血栓相关基因表达独特

伴PE病史的康复者ECFCs中，血栓形成相关基因PTGS2（前列腺素内过氧化物合酶2）和ACKR3（非典型趋化因子受体3）显著下调，提示其血管微环境存在抗凝机制代偿性抑制。Notch信号通路在PE组中持续抑制，可能与免疫过度激活相关。

4. 长新冠与非长新冠患者基因表达无显著差异

尽管临床症状差异明显，长新冠与非长新冠患者的ECFCs转录组谱未发现显著区别，提示症状持续性可能源于更复杂的多组学机制（如蛋白质修饰或代谢紊乱）。

5. 蛋白互作网络揭示核心功能模块

通过PPI分析筛选出12个核心基因组成的簇（如KLF2、TGFB1、VEGFA），其富集于免疫应答、细胞稳态和信号转导过程，进一步验证了内皮功能障碍的协同调控网络。

结论与意义

本研究首次绘制了COVID-19康复者内皮祖细胞的纵向转录组图谱，证实SARS-CoV-2感染可导致内皮关键基因（如NOS3-KLF2-TGFB1轴）长期失调，并激活炎症、氧化应激和凋亡通路，且这种损伤状态至少持续至感染后6个月。尤为重要的是，肺栓塞患者的ECFCs表现出独特的抗凝基因抑制特征，为解释其血栓易感性提供了分子依据。尽管长新冠症状的转录基础未明，但研究揭示了内皮功能障碍在长新冠血管病变中的核心作用，为开发靶向内皮保护的疗法（如调节PI3K/Akt或TGF-β通路）提供了新方向。未来需结合蛋白质组与代谢组学，进一步揭示长新冠的多维病理机制。