Atlas mit 375.000 Zellen kartiert, wie die Auskleidung der Blutgefäße altert

Endothelzellen kleiden jedes Blutgefäß aus und steuern Gefäßtonus, Permeabilität, Blutgerinnung und das Wachstum neuer Gefäße. Ihre Dysfunktion scheint einer manifesten Herz-Kreislauf-Erkrankung, dem metabolischen Syndrom und der Neurodegeneration vorauszugehen, was sie zu einem attraktiven frühen Ziel für die Alternsbiologie macht. Dennoch gab es bislang keine harmonisierte, gewebeübergreifende Darstellung darüber, wie sich die Genexpression menschlicher Endothelzellen im Erwachsenenalter verändert. Diese Studie schließt diese Lücke und liefert eine Grundlage, um die Gefäßalterung zu erkennen und langfristig zu behandeln.

Dobner und Kollegen stellten den Human Aging Endothelial Cell Atlas (HAECA) aus 34 öffentlich verfügbaren Einzelzell- und Einzelkern-RNA-Sequenzierungsstudien zusammen, die aus 59 Kandidaten ausgewählt wurden. Der finale Atlas umfasst 375.829 Endothelzellen von 290 nicht erkrankten Spendern aus 12 Geweben: Fettgewebe, Gehirn, Brust, Herz, Darm, Niere, Leber, Lunge, Muskel, Eierstock, Haut und Gebärmutter. Nach einer ankerbasierten Integration wurden die Zellen als arteriell, kapillär, venös, lymphatisch oder angiogen annotiert. Es zeigten sich konservierte Marker, darunter SULF1 in Arterien, RGCC in Kapillaren, ACKR1 in Venen und PROX1 in Lymphgefäßen.

Die Spender wurden anhand des medianen Alters jedes Gewebes in junge und alte Gruppen eingeteilt; es folgten eine Pseudobulk-Analyse mit DESeq2 und eine gewebeübergreifende Metaanalyse. Gealtertes Endothel zeigte durchgängig mehr Gene des entzündlichen und seneszenzassoziierten sekretorischen Phänotyps sowie des TNF-α-Signalwegs. Es verlor Angiogenese-Gene wie APLNR, COL4A1, ID3 und PLVAP, außerdem Programme der oxidativen Phosphorylierung und der MYC-Zielgene. Eine zweite Analyse mit festen Grenzwerten (50 Jahre oder jünger versus 60 Jahre oder älter) bestätigte 287 altersbedingt hochregulierte und 135 herunterregulierte Gene. Venen zeigten den stärksten Rückgang angiogener Signaturen, darunter ANGPT2, EDN1 und LAMA4. Gealterte Arterien zeigten Gerinnungssignaturen, und angiogene Kapillaren tendierten zu einer geringeren Häufigkeit.

Der Atlas offenbarte zudem Veränderungen der extrazellulären Matrix und der mechanischen Wahrnehmung. Gealterte Zellen in Leber, Lunge, Haut und Fettgewebe zeigten eine höhere Expression von Glykosylierungsgenen, darunter Mitglieder der GALNT-Familie und Sialyltransferasen. Die vorhergesagte Aktivität der Transkriptionsfaktoren YAP, TAZ und TEAD nahm in gealterten Zellen über alle Gewebe hinweg zu, am stärksten in der Haut. Die räumliche MERFISH-Transkriptomik der menschlichen Haut (1.878 Endothelzellen) bestätigte das Expressionsmuster. Ein unabhängiger Hautdatensatz mit Altersangaben von 33 bis 77 Jahren zeigte die stärkste Korrelation zwischen YAP und Alter im Endothel. Immunfärbungen zeigten einen moderaten, aber signifikanten Anstieg von Zellen mit nuklearem YAP in gealterter Haut (P=0,0199; n=17 jung, 13 alt).

Hinsichtlich der Seneszenz wurde CDKN1A (p21) in Endothelzellen breit exprimiert, während CDKN2A (p16) nahezu fehlte. Die Häufigkeit beider Marker unterschied sich nicht nach Alter. Die Autoren bildeten die Schnittmenge aus Genen, die in CDKN1A-positiven Atlaszellen angereichert waren, und Genen aus seneszenten HUVECs (späte Passage oder mit Doxorubicin behandelt). Daraus ergaben sich MAFF, ADAMTS1, ADAMTS4, JUN, SRGN, KLF2, TNFRSF10D, TNFRSF10B und UGCG. Die Signatur korrelierte mit den Scores SenMayo, CoreScence und CellAge. MAFF, KLF2 und STX12 nahmen in späten Passagen von aus iPSC abgeleiteten hirnähnlichen Endothelzellen zu (adjustierter P<0,05), und die Kandidaten waren in Progerie-Mausmodellen angereichert. Die Überexpression von MAFF in HUVECs früher Passagen erhöhte p21 und die SA-β-gal-Aktivität.

Die Arbeit ist deskriptiv und querschnittlich. Teilnehmende ab 80 Jahren waren unterrepräsentiert, den Datensätzen fehlten Metadaten zu Geschlecht, Menopause, Medikation und Begleiterkrankungen, und CDKN1A ist möglicherweise nicht spezifisch für Seneszenz. CDKN1A-positive Zellen zeigten zudem Angiogenese-Signalwege, was nahelegt, dass manche Signale eher einen vorübergehenden Umbau als einen dauerhaften Zellzyklusarrest widerspiegeln. Ob die YAP-Aktivierung und der venöse angiogene Rückgang ursächlich sind, ist weiterhin ungeprüft.