<dd id="fncnt"><pre id="fncnt"></pre></dd>

  • 單細胞測序揭示特應性皮炎中的多細胞形態和互作

    欄目:最新研究動態 發布時間:2023-12-13
    本研究發現IL19+IGFL1+KCs可能參與了皮膚屏障的破壞、Th2和Th17炎癥反應的連接和放大以及皮膚瘙癢的介導......

           特應性皮炎(AD)是一種慢性、復發性炎癥性皮膚病,以劇烈瘙癢和濕疹為特征。據報道,不同種族群體的特應性皮炎在臨床、分子和遺傳方面存在差異。本研究旨在對中國人群中的AD進行深入的轉錄組分析。ScRNA-seq共分析了 87,853個細胞,其中AD 中的角質細胞(KCs)表現出高表達的角質細胞活化和促炎癥基因。KCs表現出一種新的IL19 + IGFL1 +亞群,在AD病變中有所增加。炎性細胞因子IFNG、IL13、IL26和IL22在AD病變中高表達。在體外,IL19直接下調HaCaT細胞中的KRT10和LOR,并激活HaCaT細胞產生TSLP。因此,IL19+IGFL1+KCs可能參與了皮膚屏障的破壞、Th2和Th17炎癥反應的連接和放大以及皮膚瘙癢的介導。此外,在AD慢性病灶中會出現以2型炎癥反應為主的多種免疫軸的進行性激活。本文于2023年6月發表在《Journal of the European Academy of Dermatology and Venereology》IF:9.2期刊上。

    技術路線



    主要實驗結果
    1、AD和健康(HC)皮膚活檢樣本的scRNA-seq檢測皮膚細胞類型

           本文scRNA-seq的程序流程如圖1a所示。使用降維分析展示了scRNA-seq檢測到的9種細胞cluster和10種細胞類型(圖1b)。頂端上調基因(根據平均log2(FC)和FDR)證實了細胞類型對特定簇的分配(圖1c)。經典marker基因也證實了細胞類型的注釋(圖1d)。比較了AD組和HC組的細胞組成,發現在AD慢性病變中,基礎KC的比例顯著降低,而增殖KC的比例顯著升高,符合AD的表皮過度增生和異常分化的本質,與此同時,AD慢性病變中黑素細胞的比例大幅下降(圖1e,f)。



    圖1在AD和健康對照皮膚活檢中的細胞類型

    2、AD和HC中的角質細胞的分化
           在兩組中,所有四種KC簇都存在(圖2a),并表現出相似的結構和增殖標記的表達。比較scRNA-seq數據中AD和HC組的差異表達基因(DEGs),發現低表達干細胞和基礎角質形成細胞基因(KRT15, COL17A1),但高表達干擾素響應基因(IFI27, IFITM1)和基因SERPINB13,這些基因參與AD基礎KC的角質形成細胞增殖和分化(圖2b)。AD 基底上層KC的炎癥轉錄本進一步明顯上調,包括alarmins(S100A7、S100A8 和 S100A9)和Th 誘導基因SERPINB4;調節有絲分裂后細胞向分化的TXNIP6AD病變中的表達下降(圖2c)。在增殖的 KC 中,AD患者的角朊細胞活化標志物KRT6A、KRT6B、KRT6C和KRT16以及趨化因子CCL2均顯著上調(圖2d)。在AD的晚期分化KC中,大量下調的基因包括編碼屏障分子(FLG、LOR)和緊密連接復合體(CLDN1、OCLN)的基因。另一方面,參與局部炎癥反應的IL36信號系統基因IL36RN、IL36G在AD晚分化KC中上調(圖2e)。KCs DEGs的GO富集分析表明,主要的生物學過程包括先天免疫反應、激活信號轉導、髓細胞分化、上皮細胞增殖、抗原加工和遞呈、淋巴細胞分化(圖2f)。



    圖2 AD與健康對照的角質細胞分化

           所有單細胞的基因表達譜數據使作者得以解構KCs的時空分布。在HC中,作者發現了從干細胞基因(KRT15、COL17A1)富集的基底型KC到表達CDSN、FLG和LOR的晚分化型KC的雙重推斷分化軌跡(圖3a,b),這與之前的報道一致。為了深入了解基因表達沿軌跡的動態變化,分析了基因的表達變化,觀察到六大類轉錄基因簇的特征模式。Cluster 2的基因(如連接蛋白基因LAD1、皮膚屏障功能基因TMEM79和縫隙連接基因GJA1)表達上調并維持在高表達水平直至最后階段,主要參與調控 "皮膚屏障的建立、膽固醇代謝過程、脫絨毛組織 "等生物學過程(圖3c,d)。值得注意的是,在AD病變中,發現了KCs的多種分化軌跡(圖3e,f)。盡管發現cluster 4中的炎癥和過度增殖基因(SPRR1、SPRR2、S100A7 和 S100A8)也表現出了持續的高表達模式,在GO術語"中性粒細胞介導的免疫,粒細胞趨化的正向調節,肥大細胞趨化"中也有表達(圖3g,h)。


    圖3 角質細胞分化軌跡

    3、AD病變中新型炎癥分化的IL19+IGFL1+KC亞群
           作者聚焦于基底層KC,聚類后使用t-SNE 進行可視化降維描繪了14個細胞簇(圖4a),其中基底層KC cluster 5主要包含病變的AD細胞(圖4b),其IL19和IGFL1高表達(圖4c,d),這在之前的健康KC研究中沒有報道過。同時,IL19+IGFL1+KC主要存在于AD病灶中(圖4e)。為驗證并確定這些IL19+IGFL1+KC的解剖位置,對代表性標記物進行了多重免疫組化。IL19和IGFL1雙重染色細胞在棘層中最為顯著(圖4f),在AD病變中明顯多于HC(圖4g)。接下來,探討了IL19在體外的表達和功能。將HaCaT細胞與Der p(100 μg/mL)共培養24小時。通過RT-qPCR,發現Der p可誘導HaCaT細胞產生IL19(圖4h)。與PBS相比,在IL19(40 ng/mL)處理的HaCaT細胞中檢測到了更高的TSLP mRNA水平(圖4i);然而,KRT10和LOR mRNA水平則出現了下調(圖4j,k)。對IL19+IGFL1+KC的DEGs分析顯示,Th17軸相關基因(S100A12、DEFB4A和PI3)、高增殖基因(KRT6A、KRT16、NTRK1和EPGN)和S100基因(S100A7、S100A8)高度表達。此外,分析表明,與HCs相比,AD病變中組胺受體(HRH1、HRH2)、allikin釋放酶KLK7和整合素相關基因CD47的基因表達大幅上調,而KRT15、CLDN1則下調(圖4l)。IL19+IGFL1+KC的DEGs的GO分析顯示主要涉及調控凋亡和表皮生長因子受體信號通路,角質形成細胞增殖,髓樣細胞和淋巴細胞分化(圖4m)。



    圖4 AD病變中新型炎癥分化的IL19 + IGFL1 + KC亞群

    4、免疫細胞激活促進免疫微環境重塑
           在AD慢性病變中,2型和22型細胞因子IL13、IL22的表達進一步升高,1型和17型細胞因子IFNG、IL26的表達進一步升高。在病變T細胞中,KC分泌分子IL25、IL19和IGFL1的受體分子IL17RB、IL20RB和IGFLR1表達較高(圖5a)。GO富集分析顯示,T細胞分化增殖、Th1型免疫應答和Th17型免疫應答在病變T細胞中富集(圖5b)。因此,scRNA-seq數據證實了記憶/效應1型、2型、17型和22型T細胞在AD慢性病變中的活躍擴增。
           在AD病變中,髓系細胞對T細胞的招募和極化起著至關重要的作用。根據先前的研究,AD特異性DCs包括CD1A、FCER1A和MRC1陽性的炎性樹突狀表皮細胞(IDEC)亞群和一個少量但重要的表達LAMP3(成熟DCs的標記)的細胞亞群,后者以CCL19受體CCR7的強表達而與之區分(圖5c)。同樣,AD標志性趨化因子CCL17、CCL2222以及TSLP受體成分IL7R也出現了上調(圖5d)。GO富集分析表明,DEGs在抗原處理和表達、T細胞分化、活化和遷移方面有顯著富集(圖5e)??傊?,免疫細胞顯示出多個炎癥基因的失調,并促進了AD病變中免疫微環境的重塑。



    圖5 AD病變中的免疫細胞激活

    5、細胞類型簇中潛在配體-受體相互作用分析
           scRNA-seq數據提供了一個獨特的機會用來研究由配體-受體相互作用介導的潛在細胞-細胞通訊。在所有細胞的網絡圖中觀察到,KC細胞、T細胞和類髓鞘細胞之間的相互作用最為豐富,這表明KCs和免疫細胞之間的相互作用信號在AD中的重要性(圖6a, b)。接下來確定了配體-受體對。AD病變中,IFNG IFNG、IL13、IL26、IL22與各自受體之間的相互作用在T細胞和KC之間的相互作用明顯增強。值得注意的是,血管內皮生長因子信號,如VEGFA-KDR、VEGFA-FLT1和NRP2-VEGFA在KCs、骨髓細胞和血管內皮細胞之間發生了改變。配體-受體相互作用分析還預測髓系細胞上的CXCL8和CCL17與血管內皮細胞上的ACKR1有顯著的富集相互作用,而ACKR1能介導免疫細胞的遷移,這與之前的研究結果相當一致。AD中髓系細胞與T細胞之間的配體-受體相互作用增強,如CD28-CD86和CTLA4-CD80(圖6c,d)。



    圖6 細胞類型簇中潛在配體-受體相互作用分析

    實驗方法
    采集臨床樣本,細胞培養和刺激,單細胞樣本懸浮液制備,單細胞測序(scRNA-seq)和生信分析,多色免疫組化,RT- qPCR,
    參考文獻
    Zhou J, Liang G, Liu L, Feng S, Zheng Z, Wu Y, Chen X, Li X, Wang L, Wang L, Song Z. Single-cell RNA-seq reveals abnormal differentiation of keratinocytes and increased inflammatory differentiated keratinocytes in atopic dermatitis. J Eur Acad Dermatol Venereol. 2023 Jun 16. doi: 10.1111/jdv.19256. 


    999国产精品永久免费视频,free性朝鲜娇小videos,亚洲高清国产拍精品26u,东北女人毛多水多牲交视频