单细胞测序揭示原发性干燥综合征中独特的单核细胞亚群与细胞间通讯

时间:2025年12月28日
来源:Journal of Clinical Immunology

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本研究针对原发性干燥综合征(pSS)中单核细胞异质性及致病机制不清的问题,利用单细胞RNA测序(scRNA-seq)技术,揭示了pSS患者外周血中经典单核细胞亚群2(ClassicalMo_2)和非经典单核细胞亚群2(NonclassicalMo_2)比例显著升高,并发现其与I型干扰素(IFN)通路、氧化磷酸化及细胞间通讯增强密切相关,为pSS的精准诊断和靶向治疗提供了新的潜在靶点。

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论文解读
研究背景:干燥综合征的“迷雾”与单核细胞的“暗流”
原发性干燥综合征(pSS)是仅次于类风湿关节炎的第二大系统性自身免疫病,主要影响中年女性,以口干、眼干等外分泌腺功能受损为典型表现,但也可累及全身多器官。尽管pSS的患病率不低,但其诊断却常常面临挑战,主要原因在于缺乏特异性的诊断标志物。更令人困扰的是,导致唾液腺和泪腺功能衰竭的确切机制至今仍未完全阐明,这严重阻碍了有效治疗策略的开发。
在pSS复杂的免疫紊乱中,单核细胞作为先天免疫系统的重要组成部分,扮演着“侦察兵”和“信使”的角色。它们不仅能分化为巨噬细胞和树突状细胞,还能分泌多种炎症因子,在启动和维持自身免疫反应中发挥关键作用。然而,单核细胞并非一个均质的群体,它们根据表面标志物CD14和CD16的表达,可分为经典单核细胞(CD14++CD16-)和非经典单核细胞(CD14-CD16+)。这些细胞在pSS中究竟发生了怎样的变化?它们内部是否存在更精细的“分工”?它们又是如何与其他免疫细胞“对话”从而推动疾病进展的?这些问题如同笼罩在pSS研究上的一层迷雾,亟待拨开。
研究策略:单细胞测序技术“照亮”细胞异质性
为了回答上述问题,研究人员采用了单细胞RNA测序(scRNA-seq)这一前沿技术。该技术能够以前所未有的分辨率,同时分析成千上万个细胞的基因表达谱,从而精准地描绘出细胞群体的异质性,并揭示不同细胞亚群在疾病状态下的独特功能。
本研究纳入了3名pSS患者和3名健康对照(HCs),采集了他们的外周血单核细胞(PBMCs)进行scRNA-seq分析。通过对测序数据进行严格的质量控制、降维聚类和细胞类型注释,研究人员成功地将单核细胞群体进行了精细划分。他们不仅识别出了经典的三大亚群(经典单核细胞、非经典单核细胞和cDC2),还进一步在每个主要亚群内部,通过无监督聚类分析,鉴定出了更精细的“亚亚群”。这种“亚群”与“亚亚群”的区分,是本研究深入探索单核细胞异质性的关键。
除了细胞分群,研究还利用多种生物信息学工具进行了深入分析:通过差异表达基因(DEGs)分析寻找pSS相关的关键基因;通过KEGG和GO富集分析探索这些基因参与的生物学通路;通过CellChat和CellPhoneDB等工具预测细胞间的配体-受体相互作用;通过Monocle2软件构建单核细胞的伪时间轨迹,模拟其分化与激活的动态过程。最后,研究团队还通过qRT-PCR实验,在更大样本量(11名pSS患者和11名健康对照)中验证了scRNA-seq发现的8个关键基因的表达水平,从而增强了研究结果的可靠性。
研究结果:pSS患者单核细胞“地图”的显著变化
1. 单核细胞亚群比例失衡
研究首先绘制了pSS患者和健康对照的单核细胞“地图”。结果显示,pSS患者外周血中的单核细胞亚群分布发生了显著改变。具体而言,经典单核细胞亚群2(ClassicalMo_2)的比例在pSS患者中急剧升高,从健康对照的5.97%飙升至37.82%,增加了6倍多。同时,非经典单核细胞亚群2(NonclassicalMo_2)的比例也显著增加,从12.09%上升至26.20%。这两个亚群的显著扩增,提示它们在pSS的发病机制中可能扮演着重要的“推手”角色。
2. 关键基因与通路激活
为了探究这些异常增多的单核细胞亚群在做什么,研究人员分析了它们的基因表达谱。结果发现,pSS患者的单核细胞中,与I型干扰素(IFN)反应相关的基因(如IFI44, IFI44L, IFI6, MX1, ISG15)被显著激活。KEGG通路富集分析进一步证实,pSS单核细胞中上调最显著的信号通路包括EB病毒感染、甲型流感、抗原加工与呈递以及氧化磷酸化。这些发现表明,pSS患者的单核细胞处于一种“高度戒备”的炎症状态,其代谢和抗原呈递功能均被显著增强。
3. 转录因子调控网络重塑
转录因子是调控基因表达的“开关”。研究发现,pSS单核细胞中的转录因子表达谱也发生了深刻变化。与I型干扰素信号通路密切相关的转录因子,如STAT1、STAT2和IRF2,其表达水平显著上调;而EGR1、HDAC2等转录因子则表达下调。这种转录因子网络的“重编程”,可能是驱动单核细胞向促炎表型转变的内在驱动力。
4. 细胞间通讯网络增强
细胞并非孤立存在,它们通过分泌配体和表达受体进行“对话”。研究利用配体-受体对分析发现,pSS患者体内单核细胞与其他免疫细胞(如T细胞)之间的相互作用显著增强。单核细胞高表达多种促炎因子(如LTB, TNF)和T细胞活化因子(如TNFSF10, CD28),这提示单核细胞可能通过释放这些信号分子,招募并激活T细胞,从而在pSS的免疫炎症“风暴”中起到了关键的“煽风点火”作用。
5. 单核细胞分化轨迹异常
为了模拟单核细胞在疾病状态下的分化过程,研究人员构建了伪时间轨迹。分析发现,pSS患者的经典单核细胞主要富集在轨迹的特定状态(如状态1、2、8、9),并且沿着伪时间轴,与抗原呈递(HLA-DRA, HLA-DRB1)和炎症反应(CXCL10, APOBEC3A)相关的基因表达逐渐升高。这表明pSS患者的单核细胞可能经历了一个疾病特异性的分化过程,最终演变为具有高抗原呈递能力和强促炎活性的细胞。
6. 关键基因的独立验证
为了确认scRNA-seq发现的可靠性,研究团队通过qRT-PCR在独立的样本队列中验证了8个关键基因的表达。结果证实,IFI44、IFI44L、HBA2、LY6E、XAF1、EPSTI1、APOBEC3A和IFIT3这8个基因在pSS患者的单核细胞中确实显著高表达,与测序结果高度一致。
结论与展望:为pSS精准诊疗提供新靶点
本研究通过单细胞测序技术,首次在单细胞分辨率下系统描绘了pSS患者外周血单核细胞的异质性图谱。研究不仅发现了两个在pSS中显著扩增的单核细胞亚群(ClassicalMo_2和NonclassicalMo_2),还揭示了这些细胞通过激活I型干扰素通路、增强氧化磷酸化代谢、重塑转录因子网络以及强化细胞间通讯,共同推动了pSS的疾病进展。
更重要的是,研究鉴定出了一系列在pSS单核细胞中高表达的关键基因,如IFI44、IFI44L和APOBEC3A等。这些基因不仅是pSS发病机制中的重要“参与者”,更有可能成为未来诊断pSS的潜在生物标志物,甚至是开发靶向治疗药物的新靶点。尽管本研究受限于样本量,但其发现为理解pSS的免疫病理机制提供了全新的视角,并为后续开展更大规模的队列研究和功能验证实验奠定了坚实的基础。

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