Investigating Endothelial-Mesenchymal Interactions in Progression of Pulmonary Arterial Hypertension

Abstract

폐동맥고혈압（Pulmonary Arterial Hypertension, PAH）은 폐혈관 재형성과 우심실 부전을 특징으로 하는 진행성 치명적 질환이다. 혈관 내피세포 기능 이상은 PAH의 초기 유발 사건으로 널리 알려져 있으나, 동맥 내피세포（arterial endothelial cells, AECs）가 어떠한 신호를 통해 주변 간엽세포의 병적 활성화를 유도하는지는 아직 충분히 규명되지 않았다. 본 연구는 랫드 Sugen5416/저산소증（SuHx） 모델의 시계열 단일세포 RNA 시퀀싱 데이터를 활용하여 질환 진행 과정에서의 AEC-간엽세포 간 상호작용을 체계적으로 분석하였다. 전사체 수준의 스트레스 반응 프로그램 활성화와 인간 PAH 유전위험도 분석 결과를 통합한 결과, 동맥 내피세포가 PAH의 주요 질환 개시 세포 집단으로 확인되었다. Cell-Chat 기반 세포 간 신호전달 분석과 시계열 아키타입（archetype） 분류를 통해 질환 진행에 따라 AEC-간엽세포 신호전달 네트워크가 점진적이고 역동적으로 재구성됨을 확인하였다. 또한 4단계 후보 리간드 선별 체계를 구축하여 Bmp2, Pdgfd, Dhh로 구성된 보존적 AEC 유래 분비 신호체계를 규명하였다. 이들 후보 리간드는 NicheNet 리간드-표적 유전자 분석, 인간 PAH 전사체 데이터에서의 보존성 검증, 그리고 Xenium 공간전사체 분석을 통해 추가적으로 검증되었다. 특히 Bmp2를 발현하는 AEC가 폐혈관 벽에서 표적 간엽세포와 직접 인접하여 존재함을 확인하였다. 종합하면, 본 연구는 PAH에서 간엽세포 활성화를 유도하는 세포 특이적 상위 조절인자 후보를 제시하였으며, 혈관 재형성의 핵심 기전을 규명함으로써 새로운 치료 표적 발굴을 위한 이론적 근거를 제공한다.|Pulmonary arterial hypertension （PAH） is a progressive and life-threatening disease characterised by pulmonary vascular remodelling and right ventricular failure. Endothelial dysfunction is widely regarded as the initiating event in PAH, yet the specific paracrine signals through which arterial endothelial cells （AECs） instruct surrounding mesenchymal cells to undergo pathological activation remain poorly characterized. This study presents a systematic computational analysis of AEC-to-mesenchyme intercellular communication using a temporally resolved single-cell RNA sequencing atlas of the rat SuHx model across four disease timepoints. AECs were identified as the primary disease-initiating cell type through convergent transcriptional stress program activation and genetic risk enrichment in human PAH data. CellChat-based communication inference and temporal archetype classification revealed progressive and dynamic restructuring of AEC-to-mesenchyme signaling across disease stages. A four-step prioritization framework identified a conserved AEC paracrine secretome comprising Bmp2, Pdgfd, and Dhh, validated by NicheNet ligand-target analysis, human transcriptomic conservation, and Xenium spatial transcriptomics confirming Bmp2-expressing AECs are in direct proximity to mesenchymal targets at the pulmonary vascular wall. These findings identify candidate upstream drivers of mesenchymal activation with cell-type selectivity required for rational therapeutic targeting in PAH.