導(dǎo)語

今天給同學(xué)們分享一篇熱點基因集+單細胞+多數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)錄組的生信文章“Single‐cell and bulk characterisation of the distinct immune landscape and possible regulatory mechanisms in coronary plaques vulnerability”，這篇文章于2023年6月14日發(fā)表在Clin Transl Med期刊上，影響因子為10.6。

動脈粥樣硬化是一種免疫性疾病，可能導(dǎo)致動脈粥樣斑塊的形成。當動脈粥樣斑塊變得脆弱或不穩(wěn)定時，它們可能破裂，并在嚴重情況下導(dǎo)致心肌梗死或中風。免疫相關(guān)基因在免疫浸潤中起著重要作用。以前的研究揭示了與臨床癥狀性疾病相比，頸動脈斑塊中免疫細胞的明顯特征。然而，冠狀動脈斑塊易損性的免疫相關(guān)基因及其調(diào)控機制仍不清楚。

作者通過單細胞轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)比較了急性冠狀動脈綜合征（ACS）和穩(wěn)定型心絞痛（SAP）患者冠狀動脈斑塊中免疫細胞的異質(zhì)性，分別對應(yīng)不穩(wěn)定和穩(wěn)定的斑塊。此外，重要結(jié)果在批量轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)中得到驗證，并初步探索了轉(zhuǎn)錄因子相關(guān)的調(diào)控機制。從GSE184073獲取的冠狀動脈斑塊中免疫細胞的單細胞分析結(jié)果，并將其分為T細胞、B細胞、單核細胞、NK細胞和巨噬細胞五種類型（圖1A、B）。SAP組中T細胞更多，而ACS組中單核細胞更多（圖1C）。此外，巨噬細胞、T細胞和NK細胞表現(xiàn)出更高的純度，而B細胞和單核細胞表現(xiàn)出更高的異質(zhì)性（圖1D）。為了進一步研究冠狀動脈斑塊的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)變化，作者使用基因集評估ACS組和SAP組之間的通路差異。有趣的是，單核細胞、巨噬細胞和T細胞顯示了多種通路活性的上調(diào)，包括免疫學(xué)、代謝、信號傳導(dǎo)和增殖等不同方面（圖1E），這意味著冠狀動脈斑塊的易損性可能更傾向于重塑這些細胞并誘導(dǎo)特定的功能狀態(tài)。

圖1 免疫景觀的解剖和冠狀動脈斑塊中免疫相關(guān)基因（DEIRG）得分的差異

作者獲得了426個差異表達的免疫相關(guān)基因（DEIRGs）（圖1F）。然后作者確定了DEIRGs的活性（圖1G），發(fā)現(xiàn)單核細胞和T細胞表達了更多的基因（圖1H）。由于這些細胞在ACS組中明顯失調(diào)（圖1C），作者進一步對冠狀動脈斑塊中免疫細胞群集中的T細胞和單核細胞群集中的差異表達基因（DEGs）進行了功能分析，發(fā)現(xiàn)富集了抗原處理和免疫應(yīng)答（圖1I-K）以及一些經(jīng)典的信號通路。單核細胞和T細胞中上調(diào)和下調(diào)的DEGs的前15個結(jié)果可知，這些基因大多與免疫應(yīng)答有關(guān)。

通過統(tǒng)一流形逼近和投影降維，由于細胞數(shù)量有限，作者無法獲得幾個T細胞亞型（圖2A）。然后作者重建了細胞發(fā)育關(guān)系，并發(fā)現(xiàn)了分化階段（圖2B）。細胞間的通訊數(shù)量（配體-受體對）和強度都很高（圖2C、D）。作者在冠狀動脈斑塊中檢測到了五個免疫細胞亞型之間的40條顯著通路，其中C-C Motif趨化因子配體（CCL）信號通路表現(xiàn)出最多的信號模式，T細胞亞型表現(xiàn)出最多的信號通路（圖2E）。此外，作者發(fā)現(xiàn)T細胞亞型向NK細胞亞型發(fā)送了最多的配體-受體對。此外，T細胞亞型在CCL信號通路中表現(xiàn)出高表達（圖2F-H），最顯著的配體-受體對是CCL5-CCR1（圖2I）。

圖2 細胞發(fā)育關(guān)系和通信

后來，作者使用大規(guī)模轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)來驗證作者的結(jié)果。在GSE59867和GSE62646中，人類外周血單個核細胞中共保留了1010個和6373個異常調(diào)控的差異表達基因（DEGs）（圖3A、B）。有趣的是，冠狀動脈斑塊中的DEGs的功能分析主要集中在抗原處理和免疫應(yīng)答方面（圖3C、D），這與先前對冠狀動脈斑塊中單核細胞和T細胞亞型的特征描述一致。由于免疫應(yīng)答是從單核細胞和T細胞亞型以及大規(guī)模DEGs的功能富集分析中得出的重點，作者進一步研究了冠狀動脈斑塊和人類外周血單個核細胞之間的共同DEIRGs的表達特征。在冠狀動脈斑塊的不同細胞類型亞型和人類外周血單個核細胞中共鑒定出了39個共同的DEIRGs（圖3E）。這些共同的DEIRGs的表達主要在冠狀動脈斑塊的不同細胞類型亞型中發(fā)生異常調(diào)控（圖3F）。此外，19個常見的差異表達轉(zhuǎn)錄因子(DETFs)在人外周血單個核細胞和冠狀動脈斑塊的T細胞和單核細胞亞型中表達不同（圖3G）。這些常見的DETFs的表達情況如圖3H、I所示。所有19個DETFs在單核細胞亞型中活躍（圖3H），18個DETFs在人外周血單個核細胞中上調(diào)表達（圖3I）。最后，蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)表明CEBPB和SPI1可能在可能的調(diào)控機制中扮演關(guān)鍵角色，作為中心轉(zhuǎn)錄因子（圖3J、K）。

圖3 人類外周血單個核細胞的大量差異表達基因（DEGs）以及免疫相關(guān)基因（DEIRGs）和轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控機制的共同差異表達基因

單細胞RNA測序是一種理想的方法，可以繪制動脈粥樣硬化斑塊的細胞和分子組成，并有助于尋找新的精確免疫治療方法。由于斑塊來源于頸動脈，冠狀動脈粥樣硬化的機制可能尚未完全闡明。作者在這里提供了冠狀動脈斑塊的數(shù)據(jù)，以補充對動脈粥樣硬化的研究（圖4）。作者使用了10×基因組學(xué)的單細胞RNA測序平臺，對ACS和SAP患者的冠狀動脈斑塊中的CD45免疫細胞進行了表征。共鑒定出了五個免疫細胞亞型，并將單核細胞和T細胞視為免疫治療的目標。作者還在批量轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)中驗證了作者的結(jié)果，并初步探索了轉(zhuǎn)錄因子相關(guān)的調(diào)控機制。

圖4 整體研究設(shè)計的示意圖

總結(jié)

總之，作者使用了相對標準的分析流程，揭示了穩(wěn)定和不穩(wěn)定冠狀動脈斑塊中的免疫細胞亞群和它們的轉(zhuǎn)錄組特征，并對選定的亞型進行了初步驗證和轉(zhuǎn)錄調(diào)控機制的探索。單核細胞與T細胞之間的相互作用可能增加斑塊的易損性，CEBPB參與動脈粥樣硬化的轉(zhuǎn)錄調(diào)控。作者的研究結(jié)果為理解冠狀動脈斑塊易損性的細胞和分子機制提供了重要信息，并可能對動脈粥樣硬化治療有所貢獻。