文献解读｜溃疡性结肠炎患者回肠-肛管袋免疫细胞的单细胞转录研究
期刊：gastroenterology，IF：22.682
技术：ScRNA Seq
导语
回肠储袋肛管吻合手术（IPAA）是治疗难治性溃疡性结肠炎的一种手术方法。贮袋炎是保留肛门的大肠全切术术后最常见的并发症，是不明原因的炎症。
方法
为了确定肠炎期间肠道免疫系统情况，我们使用单细胞RNA测序(scRNA-seq)分析了有和无肠炎患者以及溃疡性结肠炎患者的组织。本文检测了溃疡性结肠炎患者（n=15）和未进行回肠袋-肛门吻合术的肠组织中（n=11)的CD45+免疫细胞。
结果结论
分析发现除了组织特异性特征外，还鉴定了IL1B/LYZ+髓系细胞和FOXP3/BATF+T细胞群，它们可以区分炎症组织，我们在IBD患者的其他单细胞RNA-seq数据集中进一步验证了这一点。还发现溃疡性结肠炎患者对抗整合素生物治疗的是否有反应与患者亚群中IL1B+/LYZ+髓细胞的特征相关。
研究结果
1. 溃疡性结肠炎（UC）患者J-pouch和结肠活检的免疫细胞转录景观
通过单细胞RNA测序总共获得了近56000个CD45+细胞，其中炎症UC(18,375 cells, 11个样本)、炎症袋 (20,678 cells, 10个样本) 和未炎症袋(16,678 cells, 5个样本)。t细胞亚群有30,863个细胞，b细胞亚群有21,324个细胞，髓系细胞亚群有3747个细胞。根据marker基因，定义了T cells, 生发中心/滤泡细胞, 浆细胞，循环B细胞、肥大细胞和单核细胞/巨噬细胞。在6个主要细胞类型中， 通过Wilcox比较，袋炎和炎症UC患者样本中单核/巨噬细胞的比例明显高于非炎症样本，表明炎症状况是由髓系细胞的差异驱动的。
2. 炎症患者样本中单核/巨噬细胞的百分比增加
髓系细胞鉴定出6种类型，包括3种不同类型的单核/巨噬细胞、肥大细胞、DCs和pDCs。差异表达分析确定了每个单核/巨噬细胞群体的特异性标记物，将其称为SOX4+ / MAFA+，IL1B+ / LYZ+和APOE+ / C1QC+。SOX4+/MAFA+ 和 IL1B+/LYZ+单核细胞/巨噬细胞群体在炎症性UC患者中更为丰富，DC在囊袋和未感染囊袋之间有所不同，未感染囊中未检测到pDC。
对于单核细胞/巨噬细胞进行拟时序分析，观察到的SOX4+/MAFA+和IL1B+/LYZ+细胞之间的差异，表明APOE+/C1QC+细胞是中间群体。
3. T细胞亚群因炎症状态而不同
对T细胞进行亚群细分，鉴定了12个T细胞簇，并有IFNG、CD8、FOXP3、IL2、ATF3、IL7、TNF、CCL5、GZMB、TOX2基因对特征表达。与未发炎的袋相比，发炎的UC和袋状体样品中FOXP3+T细胞（Tregs）的簇增加。与发炎的UC样品相比，未发炎的袋和袋样本中的Naive 细胞和CD8+细胞的相对百分比增加，而与袋和UC样本相比，未感染的袋中的CD8+NR4A2+细胞通常更高。对各样本FOXP3 + / BATF +细胞亚群进行差异分析。组织切片染色结果一致。
4. 在公共数据集中验证炎症相关免疫细胞
Smillie等人和Martin等人发表了UC和CD的单细胞数据集，我们使用这些数据集来比较本研究中确定的免疫细胞群体。主要免疫细胞类型，包括T细胞、GC/滤泡细胞、浆细胞、肥大细胞、髓细胞和少量上皮细胞。分析T细胞群和髓系细胞，FOXP3+ / BATF+调节性T细胞，在发炎的UC、CD和袋状Pouch中显着增加。先天淋巴(innate lymphoid cells, ILCs)亚群只在CD样本中显著增加，显然和炎症无关。IL1B+/LYZ+炎症细胞，在发炎的UC、CD和袋状Pouch中显着增加。DC炎症细胞，在袋状Pouch中显着增加，在其他样本未见显著差异。
5. UC患者对治疗的反应和炎症状态
使用cellPhoneDB数据库分析了23个免疫细胞亚群之间的受体-配体网络，该数据库在我们的706基因签名矩阵中识别了856个显著的相互作用。其中IL1B+/LYZ+、DC和APOE+/C1QC+单核细胞/巨噬细胞具有最多的相互作用对，并且是该网络中连接数量最多的节点，三种细胞类型之间有许多显著的相互作用。Th17细胞代表与DC、IL1B+/LYZ+单核细胞/巨噬细胞和APOE+/C1QC+单核/巨噬细胞相互作用的另一个主要节点，包括涉及趋化因子CCL3、CCL4、CCL5、HLA-DPB1和CCL20与受体CCR1、CCR4、CCR5、SF13B和CCR6的活性。分析识别了IL1B+/LYZ+单核细胞/巨噬细胞与Th17细胞的相互作用，这可能是这些UC患者炎症期间免疫应答的重要组成部分。
为治疗UC开发的几种新型治疗剂旨在阻断免疫细胞相互作用。我们评估了免疫细胞亚群特异性特征是否区分UC中不同治疗靶点的应答者和无应答者：Vedolizumab34（GSE73661）、Etrolizumab35（GSE72819）和Golimumab36（GSE92415）。Vedolizumab应答者和无应答者之间的差异最大，Vedolizumab有应答和无应答之间的差异，大多数与IL1B + / LYZ +单核细胞/巨噬细胞相关，IL1B + / LYZ +单核细胞/巨噬细胞的marker gene 在无应答中富集表达。表明这些巨噬细胞可能是耐药性的标志物；但是也存在相当大的异质性。
参考文献：
Devlin Joseph C,Axelrad Jordan,Hine Ashley M et al. Single-Cell Transcriptional Survey of Ileal-Anal Pouch Immune Cells From Ulcerative Colitis Patients.[J] .Gastroenterology, 2021, 160: 1679-1693.
