БИОИНФОРМАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ПЕРВИЧНЫХ АРТЕРИАЛЬНЫХ ЭНДОТЕЛИАЛЬНЫХ КЛЕТОК В ФИЗИОЛОГИЧЕСКОМ СОСТОЯНИИ НА ОСНОВАНИИ МУЛЬТИОМИКСНЫХ ДАННЫХ

Основные положения

• Маркерами эндотелиального фенотипа с наиболее высоким уровнем содержания в секретоме и внутриклеточном протеоме интактных ЭК-КА и ЭК-ВГА являются vWF, EPCR/CD201, MCAM/CD146, ICAM2/CD102, VE-кадгерин/CDH5/CD144 и PECAM1/CD31, при этом две трети маркеров эндотелиального фенотипа (около 30 из 45) выделяются в микроокружение ЭК даже в интактном состоянии.
• Интактные ЭК обладают относительно низкой базальной провоспалительной активностью, однако обладают высоким потенциалом патологической активации при воздействии соответствующих стимулов вследствие многообразия экспрессируемых генов индуцибельных цитокинов, а также высокой скорости выделения данных провоспалительных молекул в микроокружение после их синтеза внутри клетки.
• Высокая доля выделяемых белков эндотелиальной базальной мембраны и субэндотелиального внеклеточного матрикса от синтезируемых подтверждает принципиальную важность ЭК для формирования и динамической регуляции качественного и количественного состава данных структур.

Цель. Провести объективный биоинформатический анализ молекулярного фенотипа интактных эндотелиальных клеток атерочувствительной коронарной артерии (ЭК-КА) и эндотелиальных клеток атерорезистентной внутренней грудной артерии (ЭК-ВГА).

Материал и методы. Выполнено полнотранскриптомное секвенирование лизата ЭК-КА и ЭК-ВГА и ультравысокоэффективная жидкостная хроматография с тандемной масс-спектрометрией лизата и культуральной среды от ЭК-КА и ЭК-ВГА. В качестве метрики генной экспрессии было установлено среднее значение количества транскриптов на миллион прочтений. В качестве метрики белковой экспрессии была установлена площадь хроматографических пиков, по которым осуществляли идентификацию обнаруженных белков в образцах. Анализ биоинформатических категорий в транскриптомных и протеомных данных проводили с использованием баз данных Gene Ontology и Reactome.

Результаты. Маркерами эндотелиального фенотипа с наиболее высоким уровнем содержания в секретоме и внутриклеточном протеоме интактных ЭК артерий были vWF, EPCR/CD201, MCAM/CD146, ICAM2/CD102, VE-кадгерин/CDH5/CD144 и PECAM1/CD31, при этом 30 из 45 маркеров эндотелиального фенотипа выделялись в микроокружение ЭК даже в интактном состоянии. Большинство эндотелиальных молекул клеточной адгезии обладали низкой базальной экспрессией и являлись индуцибельными (ICAM1, NRCAM, ALCAM, SELE, VCAM1). Хотя ЭК артерий экспрессировали около 40 генов цитокинов, лишь около 10 из них синтезировались в относительно значимых количествах (включая MIF, PTX3, CSF1, CCL2, CCL14, IL-8/CXCL8 и CXCL1). ЭК характеризовались высокой экспрессией и выделением практически всех компонентов базальной мембраны (около 20), а также значительного количества компонентов внеклеточного матрикса (около 65). В культуральной среде от ЭК детектировали около 50 ангиогенных и около 65 гемостатических молекул. Большее количество транскрибируемых генов и синтезируемых белков вазодилатационных сигнальных путей в сравнении с вазоконстрикционными указывало на более активное участие интактных ЭК в вазодилатации. При анализе указанных функциональных классов отмечалась согласованность экспрессии большинства молекул на уровне транскриптома, протеома и секретома.

Заключение. Полученные данные свидетельствуют о высокой базальной биоактивности ЭК в контексте поддержания ими ангиогенеза, гемостаза, синтеза компонентов эндотелиальной базальной мембраны и субэндотелиального внеклеточного матрикса, а также о низкой базальной провоспалительной активности ЭК в сочетании с высоким потенциалом их патологической активации при воздействии соответствующих стимулов.

1. Trimm E, Red-Horse K. Vascular endothelial cell development and diversity. Nat Rev Cardiol. 2023;20(3):197-210. doi: 10.1038/s41569-022-00770-1.

2. Becker LM, Chen SH, Rodor J, de Rooij LPMH, Baker AH, Carmeliet P. Deciphering endothelial heterogeneity in health and disease at single-cell resolution: progress and perspectives. Cardiovasc Res. 2023;119(1):6-27. doi: 10.1093/cvr/cvac018.

3. Gomez-Salinero JM, Redmond D, Rafii S. Microenvironmental determinants of endothelial cell heterogeneity. Nat Rev Mol Cell Biol. 2025;26(6):476-495. doi: 10.1038/s41580-024-00825-w.

4. Gao Y, Galis ZS. Exploring the Role of Endothelial Cell Resilience in Cardiovascular Health and Disease. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 2021;41(1):179-185. doi: 10.1161/ATVBAHA.120.314346.

5. Rafii S, Butler JM, Ding BS. Angiocrine functions of organ-specific endothelial cells. Nature. 2016;529(7586):316-25. doi: 10.1038/nature17040.

6. Greenspan LJ, Weinstein BM. To be or not to be: endothelial cell plasticity in development, repair, and disease. Angiogenesis. 2021;24(2):251-269. doi: 10.1007/s10456-020-09761-7.

7. Gifre-Renom L, Daems M, Luttun A, Jones EAV. Organ-Specific Endothelial Cell Differentiation and Impact of Microenvironmental Cues on Endothelial Heterogeneity. Int J Mol Sci. 2022;23(3):1477. doi: 10.3390/ijms23031477.

8. Kraler S, Libby P, Evans PC, Akhmedov A, Schmiady MO, Reinehr M, Camici GG, Lüscher TF. Resilience of the Internal Mammary Artery to Atherogenesis: Shifting From Risk to Resistance to Address Unmet Needs. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 2021;41(8):2237-2251. doi: 10.1161/ATVBAHA.121.316256.

9. Frolov A, Lobov A, Kabilov M, Zainullina B, Tupikin A, Shishkova D, Markova V, Sinitskaya A, Grigoriev E, Markova Y, Kutikhin A. Multi-Omics Profiling of Human Endothelial Cells from the Coronary Artery and Internal Thoracic Artery Reveals Molecular but Not Functional Heterogeneity. Int J Mol Sci. 2023;24(19):15032. doi: 10.3390/ijms241915032.

10. Shishkova D, Markova V, Sinitsky M, Tsepokina A, Frolov A, Zagorodnikov N, Bogdanov L, Kutikhin A. Co-Culture of Primary Human Coronary Artery and Internal Thoracic Artery Endothelial Cells Results in Mutually Beneficial Paracrine Interactions. Int J Mol Sci. 2020;21(21):8032. doi: 10.3390/ijms21218032.

11. Фролов А.В., Шишкова Д.К., Маркова В.Е., Синицкий М.Ю., Синицкая А.В., Поддубняк А.О., Каноныкина А.Ю., Загородников Н.И., Григорьев Е.В., Кутихин А.Г. Оценка паракринных эффектов кондиционированной среды в ходе ее перекрестного добавления при моделировании взаимодействий в морфофункциональной системе “кондуит–артерия”. Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова. 2022. Т. 108. № 8. С. 940-956. doi: 10.31857/S0869813922080039.

12. Segers VFM, Bringmans T, De Keulenaer GW. Endothelial dysfunction at the cellular level in three dimensions: severity, acuteness, and distribution. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2023;325(2):H398-H413. doi: 10.1152/ajpheart.00256.2023.

13. Baaten CCFMJ, Vondenhoff S, Noels H. Endothelial Cell Dysfunction and Increased Cardiovascular Risk in Patients With Chronic Kidney Disease. Circ Res. 2023;132(8):970-992. doi: 10.1161/CIRCRESAHA.123.321752.

14. Cho ME, Brunt VE, Shiu YT, Bunsawat K. Endothelial dysfunction in chronic kidney disease: a clinical perspective. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2025;329(1):H135-H153. doi: 10.1152/ajpheart.00908.2024.

15. Kutikhin AG, Shishkova DK, Velikanova EA, Sinitsky MY, Sinitskaya AV, Markova VE. Endothelial Dysfunction in the Context of Blood-Brain Barrier Modeling. J Evol Biochem Physiol. 2022;58(3):781-806. doi: 10.1134/S0022093022030139.

16. Najari Beidokhti M, Villalba N, Ma Y, Reynolds A, Villamil JH, Yuan SY. Lung endothelial cell senescence impairs barrier function and promotes neutrophil adhesion and migration. Geroscience. 2025;47(3):2655-2671. doi: 10.1007/s11357-025-01517-9.

17. Novo JP, Gee L, Caetano CA, Tomé I, Vilaça A, von Zglinicki T, Moreira IS, Jurk D, Rosa S, Ferreira L. Blood-brain barrier dysfunction in aging is mediated by brain endothelial senescence. Aging Cell. 2024;23(9):e14270. doi: 10.1111/acel.14270.

18. Ungvari Z, Tarantini S, Kiss T, Wren JD, Giles CB, Griffin CT, Murfee WL, Pacher P, Csiszar A. Endothelial dysfunction and angiogenesis impairment in the ageing vasculature. Nat Rev Cardiol. 2018;15(9):555-565. doi: 10.1038/s41569-018-0030-z.

19. Bloom SI, Islam MT, Lesniewski LA, Donato AJ. Mechanisms and consequences of endothelial cell senescence. Nat Rev Cardiol. 2023;20(1):38-51. doi: 10.1038/s41569-022-00739-0.

20. Han Y, Kim SY. Endothelial senescence in vascular diseases: current understanding and future opportunities in senotherapeutics. Exp Mol Med. 2023;55(1):1-12. doi: 10.1038/s12276-022-00906-w.

21. Wang B, Han J, Elisseeff JH, Demaria M. The senescence-associated secretory phenotype and its physiological and pathological implications. Nat Rev Mol Cell Biol. 2024;25(12):958-978. doi: 10.1038/s41580-024-00727-x.

22. Di Micco R, Krizhanovsky V, Baker D, d'Adda di Fagagna F. Cellular senescence in ageing: from mechanisms to therapeutic opportunities. Nat Rev Mol Cell Biol. 2021;22(2):75-95. doi: 10.1038/s41580-020-00314-w.

23. Mehdizadeh M, Aguilar M, Thorin E, Ferbeyre G, Nattel S. The role of cellular senescence in cardiac disease: basic biology and clinical relevance. Nat Rev Cardiol. 2022;19(4):250-264. doi: 10.1038/s41569-021-00624-2.

24. Fatima S, Ambreen S, Mathew A, Elwakiel A, Gupta A, Singh K, Krishnan S, Rana R, Khawaja H, Gupta D, Manoharan J, Besler C, Laufs U, Kohli S, Isermann B, Shahzad K. ER-Stress and Senescence Coordinately Promote Endothelial Barrier Dysfunction in Diabetes-Induced Atherosclerosis. Nutrients. 2022;14(14):2786. doi: 10.3390/nu14142786.

25. Шишкова Д.К., Фролов А.В., Маркова В.Е., Маркова Ю.О., Лазебная А.И., Кутихин А.Г. Актуальные проблемы методологии изучения нормальной и патологической физиологии эндотелиальных клеток в культуре. Комплексные проблемы сердечно-сосудистых заболеваний. 2024. Т. 13. № 3. С. 118-129. doi: 10.17802/2306-1278-2024-13-3-118-129.

26. Frolov A, Lobov A, Kabilov M, Zainullina B, Tupikin A, Shishkova D, Markova V, Sinitskaya A, Grigoriev E, Markova Y, Kutikhin A. Multi-Omics Profiling of Human Endothelial Cells from the Coronary Artery and Internal Thoracic Artery Reveals Molecular but Not Functional Heterogeneity. Int J Mol Sci. 2023;24(19):15032. doi: 10.3390/ijms241915032.

27. Stepanov A, Shishkova D, Markova V, Markova Y, Frolov A, Lazebnaya A, Oshchepkova K, Perepletchikova D, Smirnova D, Basovich L, Repkin E, Kutikhin A. Proteomic Profiling of Endothelial Cell Secretomes After Exposure to Calciprotein Particles Reveals Downregulation of Basement Membrane Assembly and Increased Release of Soluble CD59. Int J Mol Sci. 2024;25(21):11382. doi: 10.3390/ijms252111382.