项目文章 | 单细胞RNA测序：揭示人类结核肺组织细胞异质性和细胞间串扰
近日，公共卫生中心胸外科主任宋言峥教授团队在Journal of Infection发表题为“Single-cell RNA-sequencing reveals heterogeneity and intercellular crosstalk in human tuberculosis lung”的研究论文，该研究由上海生物芯片有限公司（生物芯片上海国家工程研究中心）提供部分支持。
肺结核患者的肺部炎症与疾病的严重程度以及治疗后复发风险有关，能够通过18F-氟脱氧葡萄糖（18F-FDG）进行评估。本研究通过对6例结核病患者18F-FDG高亲和力的肺组织以及邻近未累及的肺组织进行单细胞RNA测序，研究肺结核患者细胞异质性和细胞间的串扰。结果发现，结核肺组织内含有调节性T细胞（Treg）、耗竭性CD8+ T细胞、免疫抑制髓系细胞、常规树突状细胞（DC）、浆细胞样DC细胞。在炎症肺组织区域的免疫细胞中，ATP合成和干扰素介导的信号传导普遍上调，并且表达IL4I1 的髓系细胞和Treg细胞之间存在显著的细胞互作。总之，本研究揭示了肺结核组织的转录组异质性和细胞间串扰，为指导结核治疗提供了潜在的细胞和分子靶点。
文章题目：Single-cell RNA-sequencing reveals heterogeneity and intercellular crosstalk in human tuberculosis lung
中文题目：单细胞RNA测序：揭示人类结核肺组织的细胞异质性和细胞间串扰
发表时间：2023.09
期刊名称：Journal of Infection
影响因子：28.2
实验平台：scRNA-seq、免疫荧光
DOI：https://doi.org/10.1016/j.jinf.2023.09.004
研究内容
1. 绘制结核肺组织的细胞图谱
通过scRNA测序，共鉴定出29个免疫细胞和实质细胞亚群。其中，在免疫细胞中定义了10个髓系亚群、3个T细胞亚群、2个NK亚群、B细胞群，浆细胞群和肥大细胞群；在非免疫细胞中，鉴定出内皮细胞群和5个上皮细胞亚群。同时，研究者还对每种细胞类型的转录谱以及不同患者间免疫细胞和非免疫细胞比例进行分析，全面绘制结核肺的细胞图谱。
Fig.1 结核肺的细胞图谱
2. 与18F-FDG-avidity 以及结核感染相关的细胞组成和转录组的变化
细胞比例分析发现，在结核肺组织中，所有巨噬细胞亚群以及两种单核细胞亚群的细胞丰度明显降低，而所有的DC亚群、淋巴细胞亚群以及肥大细胞群的细胞丰度明显增加。其中，Treg是唯一富集于high-18F-FDG-avidity结核肺组织的细胞类型（相比于low-18f-FDG-avidity结核肺组织）。
转录谱分析发现，与未感染的供体肺相比，18F-FDG-avidity结核肺组织中的细胞类型中存在细胞类型特异性的转录改变。例如，在high-18F-FDG-avidity结核肺组织中，髓系亚群（LGMN-MΦ、 LAMP3-DC、 cDC、 AREG-MΦ, 和FCGR3A-Mono）中的上调基因最多。研究者进一步对high-18F-FDG-avidity结核肺、low-18F-FDG-avidity结核肺和供体肺（DONOR）进行两两比较，确定细胞类型特异性的差异基因。并进一步使用GSEA分析，确定这些差异基因的富集通路。结果发现，在LGMN-MΦ、CD163-MΦ和INHBA-MΦ中，富集的前几个通路与补体激活和抗体介导的免疫应答相关。
Fig.2 结核肺中的髓系细胞群
Fig.3 结核肺中的淋巴细胞群
3.确定与结核病进展和疾病相关基因表达的细胞类型
通过比较肺结核患者的外周血中与肺组织中的差异基因，研究者发现在最初报道的外周血上调基因中，只有一部分在肺结核患者的肺中表达上调。与未感染的肺供体相比，在high-18F-FDG-avidity 结核肺和low-18F-FDG-avidity 结核肺中，都发现了一些结核病相关风险基因在特定细胞类型中表达，包括：Treg（GBP5和GBP2），CD4（GBP5和STAT1），LGMN-MΦ（GBP5、 GBP1、STAT1 和 TAP1），AREG-MΦ（GBP1、STAT1和TAP1），CD163-MΦ（GBP5、GBP1和STAT1），LAMP3-DC（GBP1和STAT1）等。其中，具有免疫代谢特征基因（LAP3和WARS）仅在髓系亚群上调；LGMN-MΦ中纤维化基因（CHI3L1、MMP9、PLA2G7和IL1RN）表达的上调与结核病感染和high-18F-FDG高亲和力有关。
Fig.4与结核病相关的基因在髓系细胞、淋巴细胞和肥大细胞中表达
4. 细胞间的相互作用网络
为了识别结核肺中免疫抑制髓系细胞和T细胞之间的细胞和分子相互作用网络，研究者使用CellPhoneDB分析，识别细胞群之间的配体-受体相互作用。结果发现，表达IL4I1的髓系细胞亚群（LAMP3-DC、AREG-MΦ、LGMN-MΦ和cDC）与Treg、CD8+和CD4+ T亚群之间的具有显著细胞间相互作用。研究者预测LAMP3-DC可能通过CCL19介导的途径将CD8+和CD4+ T细胞招募到结核肺中。
Fig.5结核肺中免疫抑制髓系细胞和T细胞之间的细胞互作
主要结论
本文通过scRNA-seq，分析结核肺细胞组成，绘制了人类肺结核肺的单细胞图谱。通过转录谱分析发现，免疫抑制的髓系细胞和Treg细胞是表达与结核病进展相关基因的主要细胞类型。进一步通过细胞互作分析发现，免疫抑制髓系细胞与Treg、耗竭性CD8+ T细胞和CD4+记忆/效应T细胞存在潜在的相互作用。总之，本研究揭示了单细胞分辨率下结核肺免疫抑制生态位的分子细节，并且为了解结核病发展机制以及筛选治疗靶点提供了见解。
参考文献：
Wang L, Ma H, Wen Z, et al. Single-cell RNA-sequencing reveals heterogeneity and intercellular crosstalk in human tuberculosis lung [published online ahead of print, 2023 Sep 8]. J Infect. 2023;S0163-4453(23)00506-6. doi:10.1016/j.jinf.2023.09.004
