單細胞+空間轉錄組學揭示膽道閉鎖纖維化相關的免疫景觀

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單細胞+空間轉錄組學:揭示膽道閉鎖纖維化相關的免疫景觀

膽道閉鎖（BA）是一種炎癥性和纖維化性新生兒膽管病，但病因仍不明確。

本研究對14個肝臟樣本進行單細胞RNA測序和空間轉錄組測序，然后基于基因表達譜進行細胞類型注釋及數(shù)據(jù)整合，確定纖維化相關免疫細胞的空間位置；并通過GO和KEGG分析確定了纖維化相關免疫細胞；最后，分別使用SPOTlight和CIBERSORTx分別對ST數(shù)據(jù)和微陣列數(shù)據(jù)進行去卷積。結果顯示：在“纖維化生態(tài)位”（瘢痕區(qū)域）的免疫亞群，包括CD14+CD16+單核細胞、巨噬細胞、自然殺傷T細胞、B細胞和FCN3+中性粒細胞；通過GO/KEGG分析發(fā)現(xiàn)，這些細胞類型富集到平滑肌細胞/成纖維細胞增殖的正向調節(jié)通路以及對VEGFR/VEGF/EGFR/FGF的正向調節(jié)/反應通路；最后，對ST數(shù)據(jù)和微陣列數(shù)據(jù)的去卷積結果證實，在一些已鑒定的纖維化相關細胞類型在BA中的比例增加。

總之，本研究揭示了BA纖維化生態(tài)位的分子、細胞和空間免疫微環(huán)境。

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單細胞測序揭示C1Q標記高侵襲性巨噬細胞樣白血病，提示髓外浸潤和復發(fā)

急性髓系白血病(Acute myeloid leukemia, AML)是一種致命的血液系統(tǒng)惡性腫瘤，起源于不成熟祖細胞的無限增殖，以髓內(nèi)和髓外浸潤為特征。髓外浸潤(EMI)是AML預后不良的一種伴隨表現(xiàn)，其潛在機制仍然知之甚少，治療方案也很有限。

在本研究中，研究者對一位出現(xiàn)廣泛性白血病皮膚的AML患者的骨髓(BM)和EMI樣本進行了單細胞RNA測序，發(fā)現(xiàn)補體C1Q+巨噬細胞樣白血病亞群在皮膚中富集，在EMI表現(xiàn)之前存在于BM中，并在多個AML患者中得到進一步證實�；�因組和轉錄分析揭示了表達高水平C1Q的EMI患者的突變和基因表達特征。RNA測序和定量蛋白質組學分析揭示了C1Q從初發(fā)到復發(fā)的表達動態(tài)。單變量和多變量分析顯示C1Q表達的不良預后意義。在機制上，轉錄因子MAFB調節(jié)的C1Q表達使白血病細胞具有組織浸潤能力，可在患者來源的異種移植(PDX)和細胞系來源的異種移植(CDX)模型中建立明顯的皮膚或胃腸道EMI結節(jié)。成纖維細胞通過對C1Q- gC1QR的識別和隨后TGF-β1的刺激吸引C1Q+白血病細胞的遷移。這種細胞間通訊也有助于C1Q+白血病細胞在化療應激下的存活。

因此，C1Q是AML的不良預后標記物，它通過與成纖維細胞的交流協(xié)調癌癥浸潤途徑，并代表了一個令人信服的EMI治療靶點

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糾結單細胞批次效應的研究者的福音來了！SCALEX單細胞測序數(shù)據(jù)在線整合算法

隨著單細胞技術的發(fā)展，研究越來越深入，規(guī)模越來越大，整合自己多批次的數(shù)據(jù)或者整合數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)進行全面挖掘是現(xiàn)在單細胞數(shù)據(jù)分析的核心環(huán)節(jié)，然而目前面臨幾個難題：1.不同的實驗樣本，實驗平臺，艱苦方法帶來的批次效應干擾生物學差異的提取，2.百萬級單細胞數(shù)據(jù)分析算法效率低，3.不同數(shù)據(jù)集樣本類型多樣，存在高異質性，4.目前的整合方法基于不同批次數(shù)據(jù)間的細胞相似性來矯正批次效應，存在過度整合、可擴展性差、無法直接將已有模型應用到新數(shù)據(jù)集上等弊端。2022年10月17日清華大學張強鋒教授課題組在 Nature Communications 發(fā)表了自主開發(fā)的基于自編碼器深度學習框架的人工智能算法--SCALEX，來對單細胞數(shù)據(jù)進行在線整合。該算法采用一個批次無關的編碼器和批次特異的解碼器組成的非對稱自編碼器結構，通過大量學習得到一個高泛化編碼器，能夠將高維的單細胞測序數(shù)據(jù)投射到低維細胞嵌入空間，保留生物學差異的同時消除批次效應。這個算法明顯由于目前的單細胞測序數(shù)據(jù)整合算法，并且能保持高計算效率，在數(shù)據(jù)矯正中也避免了過矯正清醒適用于異質性好，復雜度高的樣本整合，同時該算法還兼容單細胞多組學數(shù)據(jù)整合。總體來說新算法在消除批次效應，保留生物學差異，適應數(shù)據(jù)的復雜性上優(yōu)勢明顯，這個算法真的這么好嗎？還需要大量應用者進行驗證。

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腫瘤靜息細胞與膠質瘤入侵、擴散有關

高級別膠質瘤是兒童和成人最常見的原發(fā)性顱內(nèi)惡性腫瘤，患者生存期短，治療困難，主要原因是腫瘤向周圍正常腦組織浸潤性生長，并且由于膠質母細胞瘤干細胞的參與抑制了放化療藥物的療效。靜息細胞是指暫時退出細胞分裂周期，進入G0期的癌細胞，屬于腫瘤休眠機制的一種，即細胞休眠。這種細胞對細胞周期依賴的化療藥物耐受，在一定條件下被激活并再次增殖，導致癌癥的復發(fā)。

本文重新分析了一個包括20名成人與8名兒童的神經(jīng)膠質瘤單細胞RNA-seq數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)了癌癥干細胞標志物Prominin-1在兒童神經(jīng)膠質瘤中有較高表達，然后研究人員根據(jù)細胞周期相關基因將腫瘤細胞進一步分為周期性和非周期性（包括靜息）癌細胞，結合Prominin-1的表達在成人和兒童神經(jīng)膠質瘤中都發(fā)現(xiàn)了一個PROM1+的細胞亞群，奇怪的是這群細胞高表達細胞黏附和擴散相關的基因，接下來研究者設計了一個追蹤G0期的熒光蛋白追蹤系統(tǒng)，首先確認了這群細胞在腫瘤中的分布，接著追蹤了替莫唑胺（TMZ）治療小鼠腦腫瘤中靜息態(tài)Prom1+細胞，發(fā)現(xiàn)TMZ對靜息態(tài)Prom1+細胞沒有影響，而靜息態(tài)Prom1+細胞清除可以有效減小腫瘤的大小，提高小鼠生存率，而在腫瘤建立后再進行清除，發(fā)現(xiàn)入侵的細胞減少了，說明靜息態(tài)Prom1+細胞與腫瘤的入侵、擴散有關。然后在人類腦瘤的類器官模型中嘗試了各種藥物處理，篩選發(fā)現(xiàn)DYRK1A/B抑制劑去氫駱駝蓬堿（Harmine）清除靜息細胞的效果最好，并且降低了類器官的入侵性，有可能作為浸潤性高級別神經(jīng)膠質瘤的治療藥物。

該文章揭示了靜息細胞亞群可能是導致高級別膠質瘤侵襲性的部分原因，發(fā)現(xiàn)了潛在的治療浸潤性高級別神經(jīng)膠質瘤藥物。

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過敏性結膜炎為什么會引起瘙癢？炎癥和感覺神經(jīng)元之間是如何作用的呢？

過敏性結膜炎，通常是由塵螨過敏，暴露在空氣中的過敏原比如花粉和室內(nèi)塵螨造成，是一種慢性炎癥性疾病，其特征是結膜嚴重搔癢，瘙癢過程是由位于三叉神經(jīng)結免疫細胞產(chǎn)生的II型細胞因子如白細胞介素IL-4和IL-13可直接激活感覺神經(jīng)元，而呈現(xiàn)的一種癥狀，然而神經(jīng)免疫相互作用如何應影響嚴重瘙癢的機制尚不清楚。

本文構建了塵螨過敏性結膜炎小鼠模型，然后利用單細胞轉錄組技術對結膜組織中的5258個CD45+的免疫細胞進行單細胞轉錄組測序，發(fā)現(xiàn)了23個不同的細胞群，并結合組織學實驗發(fā)現(xiàn)其中室內(nèi)塵螨導致的過敏性結膜炎所引發(fā)神經(jīng)軸突伸長是依賴于T細胞群體的。接著研究者用OVA反復刺激小鼠結膜，形成抗原特異性記憶Th2細胞，來探究Th2細胞在結膜炎形成瘙癢的發(fā)病機制的作用進行評估，發(fā)現(xiàn)其參與了嚴重瘙癢的發(fā)病機制以及結膜相關的淋巴組織結構的形成和周圍神經(jīng)伸長相關，而Th2細胞在IL-33敲除小鼠中嚴重瘙癢以及周圍神經(jīng)伸長的表型會減弱，因此IL-33可能參與了過敏性結膜炎的軸突伸長和嚴重瘙癢過程。為了確定Th2細胞中引起瘙癢的分子，基于單細胞轉錄組結果發(fā)現(xiàn)，Ctss，Klk8等一部分與瘙癢相關的基因顯著上調，而在Th2細胞中IL-4和IL-13等表達也增強，可以直接激活感覺神經(jīng)元，并且Th2中高表達一種神經(jīng)肽Calca，阻斷該過程可以改善過敏性結膜炎的嚴重瘙癢癥狀。免疫細胞與神經(jīng)元的互作中，發(fā)現(xiàn)特異性表達Calcrl和Ramp1的瘙癢神經(jīng)元參與到過敏性結膜炎的進展之中，這表明室內(nèi)塵螨引發(fā)的結膜炎中IL-33-ST2-CGRP-Ramp1軸調節(jié)記憶Th2細胞和外周瘙癢神經(jīng)元之間的免疫-神經(jīng)元相互作用，進而導致慢性結膜炎中嚴重過敏性炎癥誘導的瘙癢。另外文章為治療過敏性結膜炎嚴重瘙癢的治療提供了潛在的靶點。

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