芯周刊·第16期 | 单细胞转录组助力中枢神经系统自身免疫性疾病潜在治疗靶点的发现

01

SFRP4+基质细胞促进子宫内膜再生

人的子宫器官,特别是全层子宫内膜,是受精和胚胎发育所必需的,人子宫内膜全层损伤或功能障碍可引起宫内粘连、流产和子宫因子不孕,在月经周期内反复损伤和无疤痕修复的高度动态特性使其成为研究组织再生的理想模型。

本文作者对来自两个阶段的全层子宫进行单细胞测序,对其中的子宫内膜间质细胞进行精细分群,发现了SFRP4+基质细胞具有潜在再生能力,然后通过人子宫内膜上皮类器官共培养,发现该细胞群显著增强了类器官的增殖,然后对SFRP4+基质细胞与其他基质细胞进行差异分析发现其高表达15种在细胞增殖期高表达的分泌分子,与增殖上皮细胞进行受配体配对,发现IGF1是唯一能够配对的分泌分子,因此确定了SFRP4+基质细胞通过IGF1信号通路促进子宫内膜上皮腺体的再生的全层子宫内膜损伤。

该研究的全层子宫组织细胞图谱揭示了人类子宫内膜每月再生过程中的细胞异质性、细胞群结构及其通信,这为人类子宫内膜再生的生物学和针对子宫内膜损伤和宫内粘连的再生医学治疗的发展提供了深刻的见解。


02

ILC3s选择微生物特异性的Treg细胞在肠道中建立耐受

胃肠道不断受到常驻微生物群、机会性微生物或病原体的定植,在这个过程中主要由表达特异性转录组因子RORγt的免疫细胞主导维持肠道稳健的反应,RORγt+细胞协调肠道中的免疫、炎症或耐受性,影响多种慢性疾病的发生,但其全部异质性、亚群间功能性相互作用的潜力以及在复杂微生物群背景下建立免疫耐受所必需的通路仍知之甚少。

本文对来自健康RORγt eGFP报告小鼠的肠引流肠系膜淋巴结 (mLN) 的所有RORγt+细胞进行了单细胞RNA测序,在该组织中T细胞优势明显,因此本研究对T细胞和非T细胞等比例进行测序,以提高罕见RORγt+细胞类型的分辨率,共获得了12种不同的RORγt+细胞类型,接着利用免疫荧光实验验证mLN中适应性免疫和先天免疫细胞的邻近性来判定他们可能存在的相互作用,发现LTi样ILC3s通过MHCII和肠道选择的过程来来筛选微生物群特异性的RORγt+ Treg细胞。由于IBD病人伴有ILC3s和RORγt+ T淋巴细胞数量或功能的实质性改变,因此接着作者对IBD发炎肠与邻近非发炎肠的先天淋巴细胞和T细胞区室进行scRNA-seq分析,发现相对于邻近的非炎症组织,炎症组织中ILC3减少,进一步在肠活检中发现ILC3s频率与RORγt+ Treg细胞频率之间存在适度但显著的正相关,这一结果在克罗恩病儿科患者独立队列也得到了验证,表明ILC3s促进RORγt+ Treg细胞支持人类肠道健康,并且这些细胞相互作用在IBD中发生改变。

该研究为建立对微生物群的免疫耐受和肠道健康提供了一个新的思路。

03

CAR Treg细胞水平或可预测免疫疗法的疗效和神经毒性严重程度

对于罹患复发性B细胞恶性肿瘤的病患来说,CAR T细胞疗法仅对不到一半病患有效,并且已经应用于临床的阿基仑赛CAR T细胞药物会对三分之二的病患会产生神经毒性,目前研究指出大B细胞淋巴瘤病患对CAR T疗法出现耐受主要是由于CAR T细胞后继无力和靶标抗原发生变化,CD19-CAR相关的免疫效应细胞相关神经毒性综合症与细胞因子介导的内皮细胞活化、输注细胞中ICANS相关组分、表达CD19的大脑壁细胞响应等直接相关,这些因素可以导致血脑屏障破损以及CAR T细胞入侵。但这一严重神经损伤的分子指标仍然空缺。

本文研究者招募了32位罹患大B细胞淋巴瘤并进行阿基仑赛治疗的病人,通过流式细胞术等方法发现CAR T细胞的水平与神经毒性的严重程度显著相关,接着利用单细胞蛋白质组确定了一种即可表征疗效,又可表征神经毒性的细胞--具有Treg特征的CD4+CAR T细胞,进一步分析发现输注CAR T细胞的第七天时同时存在几组与免疫疗法长时程疗效和神经毒性直接相关的CAR T细胞亚群,因此对输注7天后的外周血单核细胞进行单细胞转录组学和蛋白质组学等分析,确定了CAR Treg细胞在表征疾病进程和神经毒性方面和CD4+CAR T细胞的CD57–Helios+,CD57–FOXP3+以及CD57–Helios+FOXP3+亚群类似。进一步通过肿瘤负荷相关性发现CAR Treg细胞水平与疾病进程和神经毒性严重程度相关,其水平越高,则神经毒性越低,CAR T细胞增殖水平越低的CAR Treg水平越高。

这一指标能够有效的预测免疫疗法的疗效。

04

单细胞转录组助力中枢神经系统自身免疫性疾病潜在治疗靶点的发现

葡萄膜炎是一种严重的自身免疫性疾病,也是导致失明的常见原因,其特征是反复发生视网膜和葡萄膜炎症,并且由于该疾病属于中枢神经系统自身免疫性疾病,其免疫特权也导致治疗方案只能防止不可逆的视力丧失,并且糖皮质激素与免疫抑制药物一起会引起各种副作用且疗效有限,急需对潜在的病理机制进行研究,以开发针对葡萄膜炎的特异性、安全和有效的治疗方案。

该研究基于自身免疫性葡萄膜炎(EAU)的研究背景及小鼠模型,绘制了不同时间点(第0、7、14和21天)的EAU小鼠宫颈引流淋巴结(CDLN)全面的免疫细胞单细胞图谱,确定了与疾病进展相关的免疫细胞组成和转录调控的变化;在葡萄膜炎及病症,Th17细胞是其主要的发病原因,在单细胞数据中也发现Th17、Th1细胞、Treg细胞和浆细胞(PC)中PIM1基因在EAU期间优先表现出上调趋势,可能由于PIM1对AKT/FOXO1通路的调节作用,抑制PIM1可减少Th17/Treg细胞比例,降低Th17细胞的致病性减少浆细胞的分化,在人葡萄膜炎Vogt-Koyanagi-Harada病(VKH)中,PIM1在CD4+T细胞和浆细胞中的上调是保守的,抑制PIM1可降低CD4+T和B细胞的扩张,这些数据表明PIM1可能是VKH的一个潜在的治疗靶点,该研究也有可能会扩展到其他中枢神经系统自身免疫性疾病中。

05

单细胞转录组揭示间充质干细胞在运动和肥胖中的关键作用

定期运动是预防以及治疗肥胖和糖尿病的一种行之有效的干预措施,运动产生的有益效应分子可作为生物标志物和治疗靶点,但运动又是一种复杂的,跨多组织生理刺激,其中白色脂肪组织(WAT)和骨骼肌(SkM)是受肥胖和运动影响最巨大也是最直接的内分泌器官之一,因此一直是组织水平研究的重点,而目前尚未有对运动干预后的皮下和内脏脂肪组织以及骨骼肌组织异质性的单细胞分辨率和跨多组织的研究。

本研究通过饮食和运动来干预高脂饮食小鼠模型,对4个干预组的肥胖小鼠的皮下和内脏白色脂肪组织和骨骼肌组织进行单细胞研究,注释得到22种细胞类型,其中11种又可注释为42种细胞亚型/状态,在该研究中确定了一种未报道过的Sca1阴性的间充质干细胞亚型,可能是成纤维祖细胞分化而来,并且在运动时细胞丰度降低,减少骨骼肌纤维化的可能性;在三种组织间MSC中运动和HFD调节的信号途径中,细胞外基质重塑和昼夜节律相关基因的表达受到的影响最大,然后跨组织分析,发现肥胖和运动通过以MSC为中心的组织内和组织间的串扰,调节不同的内脏白色脂肪免疫细胞和骨骼肌间充质干细胞之间的定向配体-受体相互作用,其中尤其以M1巨噬细胞和树突状细胞(MIF-CD74)被运动下调,减少脂肪组织验证,促进细胞增殖和存活因此研究人员提出骨骼肌分泌的MIF因子对内脏白色脂肪中不同的髓系免疫细胞的作用可能不同。

总的来说,该研究提供了肥胖运动代谢组织中单细胞变化的参考图谱,并揭示MSC潜在介导组织特异性和组织间通信变化以应对肥胖和运动干预方面的关键作用,该研究发现的由运动调控的间充质干细胞特异性的分子靶点,可能为多种疾病的预防以及治疗提供了新的机会。

参考文献:

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[2] Lyu M, Suzuki H, Kang L, Gaspal F, Zhou W, Goc J, Zhou L, Zhou J, Zhang W; JRI Live Cell Bank, Shen Z, Fox JG, Sockolow RE, Laufer TM, Fan Y, Eberl G, Withers DR, Sonnenberg GF. ILC3s select microbiota-specific regulatory T cells to establish tolerance in the gut. Nature. 2022 Sep 7. doi: 10.1038/s41586-022-05141-x. Epub ahead of print. PMID: 36071169.

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