Un atlante di 375.000 cellule mappa come invecchiano i rivestimenti dei vasi sanguigni

Le cellule endoteliali rivestono ogni vaso sanguigno e controllano il tono vascolare, la permeabilità, la coagulazione e la crescita di nuovi vasi. La loro disfunzione sembra precedere la malattia cardiovascolare conclamata, la sindrome metabolica e la neurodegenerazione, e per questo rappresentano un bersaglio precoce interessante per la biologia dell'invecchiamento. Eppure nessuno aveva ancora costruito una visione armonizzata e multi-tissutale di come cambia l'espressione genica endoteliale umana nel corso dell'età adulta. Questo studio colma la lacuna e offre un punto di riferimento per individuare e, in futuro, trattare l'invecchiamento vascolare.

Dobner e colleghi hanno assemblato lo Human Aging Endothelial Cell Atlas (HAECA) a partire da 34 studi pubblici di sequenziamento dell'RNA a singola cellula e a singolo nucleo, selezionati tra 59 candidati. L'atlante finale contiene 375.829 cellule endoteliali provenienti da 290 donatori non affetti da malattia, in 12 tessuti: adiposo, cerebrale, mammario, cardiaco, intestinale, renale, epatico, polmonare, muscolare, ovarico, cutaneo e uterino. Dopo l'integrazione basata su ancore (anchor-based), le cellule sono state annotate come arteriose, capillari, venose, linfatiche o angiogeniche. Sono emersi marcatori conservati, tra cui SULF1 nelle arterie, RGCC nei capillari, ACKR1 nelle vene e PROX1 nei vasi linfatici.

I donatori sono stati suddivisi in gruppi giovani e anziani usando l'età mediana di ciascun tessuto, con analisi DESeq2 su pseudobulk e una metanalisi multi-tissutale. L'endotelio invecchiato acquisiva in modo coerente geni infiammatori e geni del secretoma associato alla senescenza, oltre al segnale del TNF-α. Perdeva invece geni dell'angiogenesi come APLNR, COL4A1, ID3 e PLVAP, insieme ai programmi di fosforilazione ossidativa e dei bersagli di MYC. Una seconda analisi con soglie fisse (50 anni o meno contro 60 anni o più) ha confermato 287 geni aumentati con l'età e 135 geni diminuiti. Le vene hanno mostrato il calo più marcato delle firme angiogeniche, tra cui ANGPT2, EDN1 e LAMA4. Le arterie invecchiate hanno mostrato firme della coagulazione, e i capillari angiogenici hanno evidenziato una tendenza a una minore abbondanza.

L'atlante ha inoltre messo in luce cambiamenti della matrice extracellulare e della meccanosensibilità. Le cellule di fegato, polmone, cute e tessuto adiposo invecchiati hanno mostrato una maggiore espressione di geni della glicosilazione, inclusi membri della famiglia GALNT e sialiltransferasi. L'attività prevista dei fattori di trascrizione YAP, TAZ e TEAD è aumentata nelle cellule invecchiate in tutti i tessuti, più marcatamente nella cute. La trascrittomica spaziale MERFISH della cute umana (1.878 cellule endoteliali) ha confermato il profilo di espressione. Un dataset cutaneo indipendente, relativo a età comprese tra 33 e 77 anni, ha mostrato la correlazione più forte tra YAP ed età nell'endotelio. L'immunocolorazione ha mostrato un aumento modesto ma significativo delle cellule con YAP nucleare nella cute invecchiata (P=0,0199; n=17 giovani, 13 anziani).

Per quanto riguarda la senescenza, CDKN1A (p21) era ampiamente espresso nelle cellule endoteliali, mentre CDKN2A (p16) era quasi assente. La frequenza di nessuno dei due marcatori differiva in base all'età. Gli autori hanno intersecato i geni arricchiti nelle cellule dell'atlante positive per CDKN1A con i geni di HUVEC senescenti (a passaggio avanzato o trattate con doxorubicina). Ne sono risultati MAFF, ADAMTS1, ADAMTS4, JUN, SRGN, KLF2, TNFRSF10D, TNFRSF10B e UGCG. La firma correlava con i punteggi SenMayo, CoreScence e CellAge. MAFF, KLF2 e STX12 aumentavano nelle cellule endoteliali di tipo cerebrale derivate da iPSC a passaggio avanzato (P corretto <0,05), e i candidati erano arricchiti nei modelli murini di progeria. La sovraespressione di MAFF in HUVEC a passaggio precoce ha aumentato p21 e l'attività della SA-β-gal.

Il lavoro è descrittivo e trasversale. I partecipanti di 80 anni e oltre erano sottorappresentati, i dataset non disponevano di metadati su sesso, menopausa, farmaci e comorbidità, e CDKN1A potrebbe non essere specifico della senescenza. Le cellule CDKN1A-positive mostravano anche vie dell'angiogenesi, il che suggerisce che alcuni segnali riflettano un rimodellamento transitorio anziché un arresto permanente. La causalità dell'attivazione di YAP e del calo angiogenico venoso resta da verificare.