单细胞 RNA 测序揭示糖尿病足溃疡中内皮细胞异质性与愈合新机制

《Biology Direct》：Single-cell RNA sequencing reveals a new mechanism of endothelial cell heterogeneity and healing in diabetic foot ulcers

为探究糖尿病足溃疡（DFU）愈合机制，研究人员开展单细胞 RNA 测序研究，发现关键细胞亚群和基因，意义重大。

　　糖尿病，这个如今并不陌生的疾病，正悄然影响着无数人的生活。而糖尿病足溃疡（DFU）作为糖尿病常见且严重的并发症，更是让患者苦不堪言。它不仅有着高发病率，还可能导致截肢甚至死亡，极大地降低了患者的生活质量，也给医疗系统带来了沉重的负担。目前，现有的治疗方法如伤口清创、减压、控制血糖和预防感染等，效果并不理想，新兴治疗手段也有待进一步研究。在这样的困境下，探寻新的生物标志物和治疗策略迫在眉睫。

温州医科大学附属第一医院等机构的研究人员勇挑重担，开展了一项意义非凡的研究。他们运用单细胞 RNA 测序技术，对 DFU 患者足部皮肤的细胞异质性以及内皮细胞的转录组特征进行了深入分析。最终，他们发现了与 DFU 愈合和进展相关的关键细胞群体和基因，还验证了 SH3BGRL3 基因在高糖条件下对内皮细胞增殖、迁移和血管生成能力的促进作用。这一研究成果发表在《Biology Direct》上，为 DFU 的治疗提供了新的潜在靶点和理论依据，照亮了 DFU 治疗的新方向。

在研究方法上，研究人员下载了 33 个足部皮肤样本的单细胞 RNA 测序数据，涵盖健康非糖尿病受试者、糖尿病无 DFU 患者、DFU 愈合患者和未愈合患者。他们利用 “Seurat” 等 R 软件包对数据进行处理，包括去除双细胞、消除 RNA 污染等。通过多种分析工具，如 “CytoTRACE”“Monocle3” 等进行轨迹分析和细胞干性推断，利用 “clusterProfiler” 等进行通路富集分析和转录因子预测，运用 MultiNicheNet 框架分析细胞通讯，采用高 - 密度加权基因共表达网络分析（hdWGCNA）确定关键基因。此外，还进行了细胞培养和细胞学实验，构建小鼠伤口愈合模型进行体内验证。

研究结果方面：

• 单细胞景观：通过对不同样本的单细胞 RNA 测序分析，研究人员获得了 46297 个细胞的转录组数据。经聚类分析，识别出 27 个细胞簇和 13 种主要细胞类型。在 DFU 患者中，巨噬细胞和 B 细胞比例增加，内皮细胞和施万细胞比例下降，这与糖尿病神经病变中的细胞凋亡和炎症病变相关。
• 血管内皮细胞异质性：对内皮细胞重新聚类后得到 11 个主要簇。不同簇在不同样本组中的表达比例不同，如 EC - 5 和 EC - 8 在 DFU 组中表达比例较高，且 EC - 5 倾向于在未愈合 DFU 组富集，EC - 8 在愈合 DFU 组富集。
• 内皮细胞亚群的信号富集和转录特征：对各内皮细胞亚群的标记基因进行富集分析，发现 EC - 5 主要与急性炎症反应调节和 TNF 信号通路相关；EC - 8 与 AMPK、PPAR 等信号通路相关。此外，不同亚群在代谢途径上也存在差异，EC - 5 在磷酸盐代谢中活性较高，EC - 9 具有高果糖代谢特征，EC - 11 在所有代谢途径中活性都高。
• 内皮细胞亚群的分化信号：分析发现 EC - 3 和 EC - 4 具有最高的干性特征，而 EC - 2、EC - 5、EC - 8 和 EC - 9 干性最低。以 EC - 5 和 EC - 8 为端点进行分析，发现细胞分化存在两个方向，且 EC - 5 主要出现在细胞发育早期，EC - 8 主要分布在后期。
• 内皮细胞相关信号通讯和下游信号转导：利用 MultiNicheNet 方法分析发现，成纤维细胞与具有非愈合表型的 EC - 5 之间的配体 - 受体结合活动主要与炎症反应和细胞死亡相关；而与具有愈合表型的 EC - 8 之间的信号则与细胞粘附、迁移和细胞周期进展有关。
• 识别与 DFU 相关的关键基因模块：通过 hdWGCNA 分析，确定了 14 个基因模块，其中蓝色和绿黄色模块分别在 EC - 5 和 EC - 8 中高度激活。进一步筛选得到 SH3BGRL3 和 TMSB10 两个关键基因，SH3BGRL3 在愈合 DFU 组中表达最高。
• SH3BGRL3 与 DFU 愈合的关联：实验表明，在高糖条件下，过表达 SH3BGRL3 可显著减轻 VEGF - A、HIF - 1α 以及 AKT 和 ERK 磷酸化的下调，促进内皮细胞的增殖、迁移和血管生成。在糖尿病小鼠模型中，过表达 SH3BGRL3 加速了伤口愈合，促进了再上皮化、肉芽组织形成和胶原沉积。

研究结论和讨论部分指出，该研究深入揭示了 DFU 中血管内皮细胞的异质性、分化状态和信号通讯，以及与 DFU 愈合相关的基因。内皮细胞在 DFU 的发生和愈合中起着关键作用，不同亚群在炎症反应、代谢调节和血管生成等过程中发挥不同功能。SH3BGRL3 作为关键基因，为 DFU 的治疗提供了新的潜在靶点。然而，未来还需要进一步探索这些内皮细胞亚群的具体功能，以及 SH3BGRL3 的作用机制和药物干预方法，从而为 DFU 的治疗开发更有效的策略。这一研究成果为糖尿病足溃疡的治疗带来了新的希望，为后续研究指明了方向，有望推动糖尿病足溃疡治疗领域取得新的突破。