文献学习034--[sc]急性川崎病外周血PBMC单细胞测序

1. Study design and single-cell RNA pro!ling of PBMCs.

作者对采集了3例正常对照和7例川崎病患者给予IVIG治疗前后的外周血,提取PBMC进行了单细胞+TCR BCR 测序。质控之后得到84986细胞,before IVIG: 34073, after IVIG: 36225, health: 14688。
注释得到的细胞群:
T cells: CD3D, CD3E, CD3G (60.00%)
CD4+ T : CD4 (36.94%), CD8+ T: CD8A, CD8B (18.53%)
NK cells: NCAM1 or CD56, KLRB1, NKG7 (5.44%)
B cells: CD19, MS4A1 or CD20, CD38 (22.27%)
monocytes: CD14, CD68, FCGR3A or CD16 (9.60%)
mDCs: CD1C (0.26%)
pDCs: LILRA4 (0.18%)
HSPCs (hematopoietic stem and progenitor cells): CD34 (0.12%)
erythrocytes: HBB (0.99%)
megakaryocytes: PPBP (0.92%)

组间比较结果显示:和既往报道相符,治疗前的KD患者单核细胞和B细胞比例增加,T细胞和NK细胞比例下降。

作者还把这个数据集和一个已发表的bulk 基因表达数据集GSE73577(使用cDNA microarray检测了19个KD患者给予IVIG治疗前后的PBMC),所有基因的fold change在两组数据中呈明显的正相关 (Pearson’s R = 0.34, P < 2.2 × 10-16)。两个数据中1054个差异表达基因的相关性更强 (Pearson’s R = 0.74, P < 2.2 × 10-16)。提示两个数据集中的数据存在着相似的基因表达模式。

这个图是这么做的

通过把同一样本所有细胞的UMI counts直接相加,把scRNAseq的矩阵转化为行为基因,列为样品的bulk RNAseq的矩阵,然后使用DESeq2计算给予IVIG前后基因的fold change。
再和GSE73577中测的基因的fold change做相关性分析。

2. Dynamics of major PBMC immune cell types.

Fig 2A:随后作者比较了不同细胞群治疗前后的比例变化。KD患者外周血B细胞和正常相比出现明显上升,IVIG治疗后下降至正常。IVIG治疗后CD4T细胞比例上升。和正常相比,KD患者的CD8T细胞比例下降,治疗后出现回升。KD患者的NK细胞比例也出现下降。
Fig 2B:流式结果和单细胞的结果一致。
Fig 2C:既往文献报道IVIG治疗后外周血单核细胞比例会下降,但是P1患者在治疗后出现了上升。为了排除潜在的技术偏差,作者找到了患者血常规的数据,和单细胞的数据是一致的。

3. Monocyte subsets and responses

Fig 3A: 把单核细胞进一步分为了CD14单核和CD16单核。尽管正常和治疗前的PBMC中CD16没有明显差别,IVIG治疗后CD16单核的比例显著下降。
Fig 3B: 随后作者做了单核细胞的差异分析,展示了一部分差异基因。治疗前的KD患者出现了S100蛋白,免疫球蛋白受体,细胞因子受体,补体受体的上调和MHC II受体的下调。细胞因子的表达异质性比较大,一些细胞因子包括IFNAR2, IFNGR2, IL3RA, IL10RB和CX3CR1在治疗前的患者中表达比较高,一些细胞因子如IL7R, IL13RA1, IL6ST, 和CXCR3则在治疗后和正常患者中表达比较高。
Fig 3C:高细胞因子血症是KD的一个重要特征,作者查看了一些细胞因子在不同细胞中的表达,发现它们主要来自于单核细胞。IL1B和TNF这两个在KD中比较重要的细胞因子也在单核细胞中比较高。
Fig 3D:IL1B和TNF主要是在治疗前的KD患者外周血比较高

4. B-cell subsets and BCR repertoires.

这部分分析了B细胞,将外周血B细胞细分为了4个亚群
Bn: MS4A1, TCL1A (62.73%)
Bm: MS4A1, CD27, IGHA1, IGHG1 (17.27%)
plasma cells: CD27, CD38, IGHA1, IGHG1 (6.24%)
intermediate between naive and memory cells (13.77%)
Fig 4A B:IVIG治疗后,浆细胞的比例上升,这个结果在20HC和16KD患者的外周血数据中也做了流式验证,结果一致。
Fig 4C:B细胞的差异基因。治疗前的样品出现了一些细胞周期相关基因的上调(比如CCND2, RRM2, CENPM, NME1, CKS1B和MYC)和抑制细胞周期相关基因的下调(BTG2和CDKN1B)。这个现象和前面Fig 2中B细胞比例增加相一致。
Fig 4D:IGHA和IGHG在IVIG治疗后出现了明显上调。提示存在从IgM/IgD到IgG/IgA的表型转变。
Fig 4E:BCR的分析结果提示多数病人(除了P7)的BCR克隆在治疗后都出现明显增加。而且存在着单克隆扩增,尤其是IgA和IgG isotype。扩增克隆的IGHV基因usage在不同病人间存在异质性,在KD患者和HC中也没有明显差异。提示specific B-cell reactions而不是responses to a superantigen。

5. T- and NK-cell subsets and TCR repertoires.

对CD4+T, CD8+T和NK细胞做了亚群细分。CD4+T和CD8+T都分出了三个亚群:
naive cells: CCR7, SELL (70.41%)
central memory cells: 共表达CCR7, SELL和S100A4 (12.04%)
effector memory cells: S100A4 (6.54%)
CD8+Tm还高表达细胞毒性相关基因:GZMK和GZMB
此外还鉴定出了:
CD4^+^Treg: FOXP3 (3.51%)
γδ T cells: TRDC (5.34%)
proliferating T cells: TYMS (2.15%)
Fig 5A B:和HC相比,KD患者外周血CD8+Tn显著增加,CD8+Tem显著减少。流式验证了这个结果。提示外周血CD8+T的下降主要是具有杀伤效应的CD8+Tem的下降。
Fig 5C D:分开CD4和CD8计算了差异基因和功能富集,两类细胞表达模式基本相似。
Fig 5E:挑了个感兴趣的基因看了表达变化
Fig 5F:TCR的分析

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