Nature Communications | 单细胞和空间多组学分析揭示了溃疡性结肠炎中抗整合素治疗对细胞间室的效应
溃疡性结肠炎（UC）是一种慢性炎症性肠道疾病，Vedolizumab（VDZ）作为一种抗整合素抗体，已被证实对UC治疗有效。尽管VDZ主要通过抑制淋巴细胞向肠道的迁移发挥作用，但其对其他细胞亚群的影响尚不明确。因此，本研究旨在深入探讨VDZ对UC患者不同细胞亚群的影响。
题目：Single-cell and spatial multi-omics highlight effects of anti-integrin therapy across cellular compartments in ulcerative colitis
期刊：Nature Communications
DOI：10.1038/s41467-024-45665-6
研究领域：溃疡性结肠炎、抗整合素治疗
样本类型：外周血和结肠活检样本
关键技术平台：10x Genomic单细胞测序平台，CosMx™ SMI单细胞空间原位分子成像平台
01 研究思路图
02 样本收集与处理
1. 收集健康对照组和UC患者的外周血及结肠活检样本。
2. 样本分为新鲜处理和冷冻保存两种方式，以比较两者在单细胞转录组分析中的差异。
3. 使用不同的保存和处理方法，包括RNAlater保存、冷冻介质保存以及组织固定和石蜡包埋（FFPE）。
（b）冷冻保存与新鲜活检处理比较示意图。（c）两个供体10,648个细胞的代表性UMAP可视化分析。（d）细胞亚群注释结果。
03 主要研究方法
1. 单细胞转录组学（scRNA-seq）：
使用10x Genomics平台，对外周血和结肠活检样本进行单细胞转录组分析。通过Seurat和Scanpy等生物信息学工具进行数据预处理、双细胞检测、细胞聚类和差异表达基因分析，以识别VDZ治疗相关的细胞亚群和特征基因。
外周血白细胞(PBLs)的scRNA数据显示VDZ与差异基因相关，但与循环白细胞亚群频率无关。
2. 蛋白质组学（CITE-seq）
利用CITE-seq技术结合单细胞RNA测序和抗体为基础的蛋白表达检测，对细胞表面蛋白进行高通量测量，以建立细胞表面蛋白图谱。
粘膜活检的scRNA-seq和CITE-seq突出了与炎症严重程度、疾病状态和VDZ治疗相关的多个免疫和非免疫亚群。
3. 空间多组学：
使用多种技术（如MIBI、CODEX和CosMx™ SMI）对固定样本进行空间转录组和蛋白质组分析，以评估组织微环境中细胞亚群的空间分布和相互作用。
对FFPE标本进行CosMx空间转录组学分析（单细胞分辨率），确定了在治疗前活化的MNP、成纤维细胞和IEC隐窝基亚群中VDZ响应的组织特征。
04 主要发现
1. VDZ治疗与MNP亚群的变化相关，同时对淋巴细胞的影响较小。
2. VDZ治疗可能通过减少MNP的迁移和激活、降低炎症性成纤维细胞和内皮细胞的激活，促进肠道上皮细胞的恢复。
3. 通过空间多组学分析，研究者们揭示了VDZ治疗前后细胞亚群在组织中的空间分布变化。
05 总结
研究表明VDZ可能通过减弱MNP的迁移和激活、减少炎症性成纤维细胞和内皮细胞的激活，从而促进肠道上皮细胞的恢复。此外，研究还探讨了多种多组学平台在冷冻保存的活检样本和FFPE（甲醛固定石蜡包埋）组织上的适用性，为分析患者衍生的生物标本提供了有力的互补方法。
这项研究的重要意义在于，它提供了关于UC和VDZ治疗的细胞和基因因素的全面了解，并可能有助于开发更精确的治疗策略，特别是在预测治疗响应方面。通过结合单细胞和空间多组学方法，研究者们能够更深入地了解治疗响应的细胞基础，为未来的个性化医疗提供了新的见解。
参考文献：
Mennillo, Elvira et al. “Single-cell and spatial multi-omics highlight effects of anti-integrin therapy across cellular compartments in ulcerative colitis.” Nature communications vol. 15,1 1493. 19 Feb. 2024, doi:10.1038/s41467-024-45665-6
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